Sur l'aérage naturel des anciennes galeries de mines en zone montagneuse : expérimentation et modélisation.

Résumé En Fr

In the past, it was crucial to ventilate the old mines, in order to make the miners' work possible. In most mountainous areas, the galleries where equipped with ventilation shafts. However, in many short galleries, such shafts were not bored and air removal was achieved thanks to natural ventilation. It seems that beyond a critical distance, natural ventilation is no longer efficient and the turnover of breathable air is not achieved. The work presented here deals with the physical analysis of air removal in a horizontal mine gallery, using three quantitative approaches. In the first approach, air velocity and temperature measurements were used to establish an empirical expression of the air velocity within the gallery with respect to the temperature difference between the inner and the outer air. This law quantifies the breathable air change rate and gives the distance (of about 50 meters) above which ventilation does not work anymore. The second approach is based on a theoretical analysis which yields the following expression of the air velocity, where T(out) and T(end) . are respectively the temperatures outside and at the end of the gallery, g is the gravitational acceleration, H is the gallery neight and x is the distance from the gallery entry. In the last approach, the flow field is solved with a commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code based on the finite volume method. Although convergence was not actually reached due to the strong dynamic uncoupling effect between the inner and the outer parts of the gallery, the qualitative results computed with this code are in agreement with the previous ones.

L'aérage des anciennes mine était crucial pour le travail du mineur d'autrefois. Dans la plupart des régions montagneuses, les galeries étaient équipées de puits d'aérage. Cependant, le percement d'un puits n'était pas entrepris d'emblée et de nombreuses galeries courtes sont dépourvues de tels systèmes. C'est alors la ventilation naturelle, convective, qui assure le renouvellement de l'air. Il semble qu'au delà d'une distance seuil, l'aérage naturel n'est pas pour renouveler l'air vicié. Nous abordons ici le fonctionnement physique d'une galerie horizontale de mine par trois méthodes quantitatives. D'abord, l'approche expérimentale, fondée sur l'ajustement empirique, donne une première expression de la vitesse de l'air dans la galerie en fonction du contraste de température intérieur-extérieur. Cela permet de quantifier le taux de renouvellement d'air respirable et précise la distance (de l'ordre de 50 m) à partir de laquelle l'aérage devient un réel problème. Ensuite, un calcul théorique précise cette loi sous la forme : (voir article) où T(ext) et T(fond) sont les températures à l'extérieur et en fond de mine, g est l'accélération de la pesanteur, H la hauteur de la galène et x la distance depuis son entrée. Enfin, on aborde ce problème aérodynamique grâce à un code d'éléments finis industriel, approche qui valide le fonctionnement qualitatif du système, sans aboutir toutefois à la convergence en raison, sans doute, du fort découplage entre l'extérieur de la mine et le fond de la galerie.