Rapport sur les nouveaux procédés de mesure et de contrôle pour les câbles d'extraction et de traction ainsi que pour les guidages dans les puits et galeries de mines

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• Occupational safety and health
• Securities research

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RAPPORT SUR LES NOUVEAUX PROCÈDES DE
MESURE ET DE CONTRÔLE POUR LES
CÂBLES D'EXTRACTION ET DE TRACTION AINSI
QUE POUR LES GUIDAGES DANS LES PUITS ET
GALERIES DE MINES
PAR LE DR ING. HARTMUT ARNOLD
Centre de contrôle des câbles de la WBK — Bochum
Institut de technique des manutentions et de contrôle des matériaux
(approuvé par l'Organe permanent lors de sa réunion du 26 février 1970) RAPPORT SUR LES NOUVEAUX PROCÈDES DE
MESURE ET DE CONTRÔLE POUR LES
CÂBLES D'EXTRACTION ET DE TRACTION AINSI
QUE POUR LES GUIDAGES DANS LES PUITS ET
GALERIES DE MINES
PAR LE DR ING. HARTMUT ARNOLD
Centre de contrôle des câbles de la WBK — Bochum
Institut de technique des manutentions et de contrôle des matériaux
(approuvé par l'Organe permanent lors de sa réunion du 26 février 1970) ANNEXE VII
RAPPORT SUR LES NOUVEAUX PROCEDES DE MESURE ET DE CONTROLE POUR LES
CABLES D'EXTRACTION ET DE TRACTION AINSI QUE POUR LES GUIDAGES
DANS LES PUITS ET GALERIES DE MINES
par le Dr Ing. Hartraut ARNOLD
Centre de contrôle des câbles de la WBK - Bochum
Institut de technique des manutentions
et de contrôle des matériaux
(approuvé par l'Organe permanent lors
de sa réunion du 26 février 1970) VII, 3
1. Introduction
Les efforts croissants imposés aux cables d'extractions, notamment du fait
de la centralisation des sièges d'exploitation, et les sollicitations multiples
et souvent très élevées auxquelles sont soumis les câbles de traction des instal­
lations de transport en galeries entraînent parfois leur défaillance prématurée.
C'est pourquoi il est nécessaire de faire à nouveau des recherches approfondies
sur les facteurs qui influencent la tenue des câbles et leur aptitude au service.
Au Centre de contrôle des câbles de l"Institut für Fördertechnik und Werk­
stoffprüfung" de la WBK de Bochum, on a dégagé, parmi les très nombreux facteurs
qui influencent la résistance à la fatigue des câbles, les catégories importantes
d'efforts dynamiques qui jusqu'ici n'avaient pas encore été prises en considéra­
tion dans les méthodes de calcul pour le choix des types et le dimensionnement
des câbles. On a en outre représenté graphiquement les relations fonctionnelles
entre les principaux paramètres dont dépend la durée de vie des câbles, ce qui
permet de prévoir la tenue de ceux-ci sous les contraintes statiques ondulées
simples et avec flexion ainsi que sous l'effet des forces de liaison entre câble
et poulie motrice et d'autres influences encore.
La condition qui a rendu possible ce contrôle étendu de l'aptitude des
câbles au service a été l'établissement de procédés de contrôle par essais de
courte durée et de méthodes de mesure pour constater la tenue du câble qui, d'une
part, ont pu donner des renseignements sur la part de chacun des facteurs de sol­
licitation et, d'autre part, ont permis de contrôler en permanence les résultats
des essais.
Les répercussions de l'état des guidages des engins d'extraction dans les
puits principaux et dans les bures et de la qualité des guidages des câbles de
traction en galerie sur la durée de tenue des câbles ont également été prises en
considération.
2. Cables d'extraction - Choix en fonction de critères statiques et dynamiques
Dans une installation d'extraction, les câbles et le système de freinage
sont les éléments auxquels il faut, pour des raisons de sécurité, apporter la
plus grande attention. Sur les installations à poulie Koepe, il s'y ajoute encore
comme éléments de même importance la garniture de la poulie motrice et la lubri­
fication du câble qui doivent assurer une transmission d'efforts entre la poulie
motrice et le câble et inversement sans risque de glissement. La liste récapitu­
lative de la fig. 1 donne une idée du grand nombre des autres facteurs dont les
effets doivent être harmonieusement conjugués dans une installation d'extraction
puissante et sûre. Les facteurs essentiels qui ont une influence sur la durée du
câble y sont indiqués et classés par groupes. Dans le choix de câbles aptes à
remplir leur fonction, on doit tenir compte autant que possible de tous ces fac­
teurs .
2.1. Le groupe important des contraintes dynamiques dans une installation d'ex­
traction, en particulier les contraintes ondulées de traction et de trac­
tion accompagnée de flexion des câbles d'extraction, va être défini plus
précisément ci-après.
L'influence de la variation des tensions dans un câble d'extraction pen­
dant un trait ou un cycle d'extraction sur la durée de tenue de ce câble
n'est que depuis peu de temps l'objet de toute l'attention qu'elle mérite.
L'amplitude de variation de ces contraintes auxquelles est soumise une
section déterminée du câble pendant un trait ne doit pas dépasser un cer­
tain maximum si le risque d'une défaillance prématurée du câble doit Être
éliminé. Cette constatation ne s'applique pas seulement aux câbles d'ex­
traction, mais à toutes les catégories de câbles qui supportent des
contraintes dynamiques, comme par exemple les câbles de ponts suspendus,
d'excavateurs, de grues, de téléphériques, etc. VII, 4
2.1.1. L'amplitude d'ondulation des contraintes ondulées quasi-statiques est la
différence de tension qui se produit dans un câble au-dessus de l'attache
quand on charge l'engin d'extraction à l'accrochage et qu'on le fait monter
ensuite à la recette. Outre l'accroissement de tension dû à la charge utile
ajoutée, il intervient encore en plus un autre accroissement dû à l'augmen­
tation de poids du brin de câble qui pend au-dessous (cf. fig. 2). L'ampli­
tude de variation des contraintes ondulées quasi-statiques se trouve encore
modifiée en plus ou en moins par les accélérations et décélérations qui se
produisent pendant le trait. L'amplitude d'ondulation est en ce cas une
grandeur dynamique (cf. fig. 3) .
En plus des contraintes ondulées (de traction) quasi-statiques et dynamiques
dont il vient d'être question, un câble d'extraction est soumis à son pas­
sage sur les poulies motrice et porteuse à des contraintes de flexion d'ori­
gine géométrique qui sont aussi des contraintes normales venant se super­
poser aux précédentes. C'est la résultante de ces deux sortes de contrain­
tes normales qu'on appellera contrainte ondulée avec flexion et la diffé­
rence entre les valeurs maximum et minimum de cette somme est l'amplitude
d'oscillation de la contrainte ondulée avec flexion. De même que pour les
contraintes ondulées de pure traction, nous faisons ici également une dis­
tinction entre valeurs quasi-statiques et dynamiques.
2.1.2. Aux contraintes ondulées avec flexion vient encore s'ajouter une contrainte
supplémentaire qui est provoquée par la transmission des efforts entre le
câble et sa poulie motrice. Ces contraintes sont des glissements et des
torsions qui viennent, entre autres causes, de la transmission de la force
de frottement dans tout le câble à partir de la portion de surface de celui-
ci qui est au contact de la garniture de la poulie motrice. Les contraintes
développées dans le câble par ces efforts n'étant pas purement normales,
il faut les traiter à part dans l'examen des contraintes.
Ce sont les contraintes ondulées avec flexion et transmission des efforts
qui sollicitent le plus fortement le câble dans les zones d'accélération
et de décélération, fait qui se manifeste aussi par l'accumulation des
ruptures de fils dans ces zones, comme on peut le constater sur la fig. 4.
C'est pourquoi il est nécessaire que les méthodes de contrôle tiennent
spécialement compte de ce genre de contraintes.
Les figures 2 et 3 représentent un exemple de contraintes qu'on vient de
décrire dans le cas d'une installation d'extraction sur chevalement-tour
avec poulie déflectrice. Les amplitudes d'ondulation quasi-statiques et
dynamiques y sont représentées par des symboles. On reconnaît nettement
que les amplitudes d'ondulation des contraintes ondulées dynamiques avec
flexion peuvent atteindre à l'