Procédé d'exploitation d'une mine par chambres et piliers

Abstract

 Autour de piliers 1, 2, 3 d'une chambre de mine est construite à partir du sol une enceinte rectangulaire8, délimitée par des assises superposées de profilés en U, 18,18a, dont la concavité est tournée vers l'intérieur, dans laquelle est déversée par remblayage hydraulique une matière pulvérulente 11, qui, étant constituées de préférence de cendres volantes, a des caractéristiques hydrauliques. Grâce aux armatures 22 noyées dans le massif l'ouvrage se comporte initialement comme de la terre armée, mais à la longue la matière 11 fait prise et devient cohérente de sorte que finalement l'ouvrage a le caractère d'un béton maigre armé.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé pour exécuter par mise en oeuvre d'une matière comprenant des particules solides essentiellement non cohérentes un ouvrage doué de cohésion, ayant un ou plusieurs parements habillés d'une peau dont les éléments constitutifs forment ou supportent des armatures, avec lesquelles une couche desdites particules est en contact.

[0002] Des ouvrages en terre armée réalisés par application d'un tel procédé ont été décrits notamment dans les brevets FR 1 393 988 (US 3 421 326), US 3 981 038, FR 2 315 572, US 4 125 970, tous au nom du Demandeur, et dont l'enseignement est en partie applicable à l'objet de la présente invention.

[0003] Le but de l'invention est de proposer des modalités nouvelles de mise en oeuvre du procédé mentionné précédemment, permettant de réaliser des ouvrages dont la nature et la fonction sont comparables aux ouvrages en terre armée.

[0004] Ce procédé est caractérisé en ce qu'une partie au moins de la matière mise en oeuvre comprend initialement des éléments qui postérieurement rendent la matière, ou la fraction de matière, cohérente.

[0005] Les éléments qui, à terme, engendrent la cohésion, peuvent être constitués au moins partiellement par les particules solides elles-mêmes, auquel cas ces particules ont de préférence des caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques, de sorte que la matière, ou la fraction correspondante de la matière, mise en place en mélange avec de l'eau, c'est-à-dire à l'état pulvérulent, devient a la longue cohérente. Ces éléments peuvent également constituer un produit d'addition, utilisé seul ou en combinaison avec des particules a caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques, tel que chaux, ciment, chlorure de calcium, qui, de façon connue, créent eux aussi un effet de prise, en mélange avec de l'eau. Le produit d'addition peut également être une substance quelconque, éventuellement liquide ou mélangée avec un liquide, qui, après mise en oeuvre, évolue, physiquement ou chimiquement, en acquérant les propriétés d'une colle ou d'un liant plastique ou rigide.

[0006] Si l'on suppose que, suivant une disposition préférée, les éléments de peau sont des profilés en U juxtaposés et superposés, aux ailes desquels sont éventuellement fixées des armatures, constituées de préférence de bandes relativement souples, à mesure que la matière, mélangée ou imprégnée d'eau, ou d'un autre liquide, est déversée et retenue à l'intérieur du parement, ou des parements, déjà en placa, une partie des particules solides pulvérulentes vient en contact avec les ailes des profilés et, le cas échéant, avec les armatures, en créant par frottement avec les ailes et/ou avec les armatures une cohésion dont l'effet est de rendre stable et résistant le massif formé à l'intérieur du parement, ou des parements. Ce massif constitue en effet, ou bien en totalité ou bien dans ses parties où l'association des particules solides et des ailes et/ou des armatures est génératrice de cohésion, un volume de terre armée, stable et résistant.

[0007] Dans tous les cas, la présence au sein de la matière pulvérulente d'éléments générateurs de cohésion et, éventuellement d'eau ou autre liquide, se traduisent au bout d'un temps plus ou moins long, par un phénomène de prise ou de collage qui rend cohérent le matériau initialement pulvérulent et dont l'effet est de transformer l'ensemble du massif en ane sorte de béton maigre, renforcé par les ailes de profilés et, le cas échéant, par les armatures.

[0008] La massif se comporte donc au moins partiellement comme un ouvrage en terre armée, pendant le premier stade de son évolution, qui fait immédiatement suite à la mise en oeuvre, et comme un ouvrage en béton maigre, dans le second stade correspondant au phénomène de prise ou de collage des particules solides.

[0009] Les particules solides peuvent avoir une origine quelconque, par exemple être extraites du sol naturel.

[0010] Si les particules ont des caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques, elles peuvent être tirées de cendres volcaniques, telles que les pouzzolanes, ou bien de tufs volcaniques ou trass. Le plus souvent, les particules à caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques proviendront de sous-produits industriels, tels que les cendres volantes, issues des centrales thermiques de production d'électricité, et les laitiers de haut-fourneau, qui se présentent normalement sous forme de _Jranulats.

[0011] Quant aux produits d'addition ayant la fonction d'une colle, ils peuvent être mis en oeuvre sous forme de solution, suspension, émulsion, etc.

[0012] Le procédé suivant l'invention permet d'exécuter des ouvrages qui, dans leur état final, sont plus rigides que des ouvrages en terre armée, qui ont en principe une certaine souplesse.

[0013] Un autre avantage du procédé proposé, est de rendre possible la valorisation de produits disponibles à proximité du site où l'ouvrage doit être construit et qui, parfois, comme c'est le cas des cendres volantes, sont encombrants, voire polluants.

[0014] En outre, dans le cas où les particules solides, telles que les cendres ou les produits d'addition générateurs de cohésion ne comportent pas d'éléments agressifs, la cohésion du massif due au phénomène de prise peut conduire à une économie en ce qui concerne les armatures, en ce sens que ces dernières, à l'exemple des armatures utilisées pour le béton armé,peuvent être en une matière qui n'est pas spécialement résistante à la corrosion et est par conséquent moins coûteuse que celle des armatures normalement incorporées aux ouvrages en terre armée.

[0015] La matière pulvérulente peut être mise en place à l'état sec derrière le parement, ou les parements, et être ensuite arrosée d'eau, mais il est également possible de former au préalable le mélange de matière pulvérulente et d'eau et de mettre en place le matériau, par exemple par gravité ou au moyen de pompes, par remblayage hydraulique, suivant une technique couramment utilisée dans les exploitations minières, pour combler les vides.

[0016] Cette technique du remblayage hydraulique peut précisément être mise en oeuvre,suivant l'invention, dans une chambre de mine, notamment de charbon, pour consolider les "piliers" qui subsistent après achèvement de l'extraction du charbon, ou autre matière minérale, et dont la fonction est de supporter la pression des terrains sus-jacents. Il est en effet possible de mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention en construisant, à partir du sol de la chambre, autour d'un groupe de piliers, une -nceinte de contour fermé, par exemple rectangulaire, dont les parois sont obtenues par juxtaposition horizontale et superposition de profilés en U dont la concavité est tournée vers l'intérieur, et dont les ailes forment des armatures, ou supportent des armatures, en forme de bande relativement souple, et d'exécuter à l'intérieur de l'enceinte un remblayage hydraulique au )yen d'une matière dont les particules solides sont avan ageusement constituées principalement de cendres, c'est-à-dire d'un sous-produit largement disponible dans un site proche d'une mine de charbon où une centrale thermique est installée.

[0017] L'enceinte résistante qui entoure les piliers sur une hauteur importante, sans atteindre nécessairement le toit de la chambre, réalise ainsi autour des piliers un frettage qui rétablit partiellement l'état d'étreinte que le creusement des chambres avait fait disparaître. Il en résulte que la tendance au gonflement sous charge de compression, qui pourrait se manifester dans la zone centrale des piliers, est totalement supprimée.

[0018] L'invention sera explicitée de façon purement indicative au cours de la description qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, en référence au dessin annexé, dans lequel :

- la Fig. 1 est une vue en coupe verticale de piliers d'une mine, consolidés au moyen d'un remblai contenu dans une enceinte;

- la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.

[0019] Les figures 1 et 2 représentent une partie d'un chantier de mine de charbon dont le minerai a été extrait par le procédé par chambres et piliers. Les piliers alignés 1 à 3, délimitant deux chambres 4, 6, de hauteur supposée constante, supportent la totalité de la pression du terrain 7 sus-jacent au chantier abandonné.

[0020] Pour supprimer le risque que les piliers ainsi comprimés subissent à long terme un gonflement qui pourrait provoquer leur rupture, et aussi pour améliorer le rendement de l'exploitation, par une réduction de la section des piliers, ces derniers sont entourés par une enceinte rectangulaire 8 qui est remplie jusqu'à un niveau situé nettement au-dessus du milieu des piliers, sans atteindre toutefois le toit 9 des chambres, d'une matière 11 déversée par remblayage hydraulique.

[0021] Les quatre parois 12 à 15 de l'enceinte 8 sont constituées par superposition d'un certain nombre d'assises de profilés métalliques 18, 18a, de section en U, disposés à peu près jointivement dans chaque assise et dont l'aile inférieure 19 a un bord libre conformé en crochet 20, de manière à venir en prise avec le bord lisse de l'aile supérieure 21 d'un ou plusieurs profilés sous-jacents.

[0022] La référence 25 désigne des raccords en forme de coude à angle droit prévus dans chaque assise aux quatre angles de l'enceinte 8 pour relier les uns aux autres les profilés de deux parois perpendiculaires adjacentes.

[0023] Les profilés 18, dont sont formées les parois d'extrémité 12, 14, l'une des parois de rive 13 et les parties terminales de l'autre paroi de rive 15, sont des profilés à larges ailes, tandis que les profilés 18a constituant, sur la plus grande partie de sa longueur comprise entre les parties terminales, la paroi de rive 15, sont des profilés dont les ailes sont relativement étroites. Les profilés 18a sont toutefois complétés par des armatures 22 constituées par des bandes en métal, relativement souples, qui sont boulonnées chacune, à l'une de leurs extrémités, à travers deux ailes 19, 21, en contact mutuel, de profilés superposés, et qui sont enrobées dans le massif remblayé 11, leur autre extrémité étant libre de toute attache. Cette disposition est tout- à-fait usuelle dans les constructions en terre armée, ainsi qu'il ressort des brevets FR 1 393 988 et US 3 421 326.

[0024] Dans ces mêmes brevets est également énoncée la possibilité d'assigner aux ailes de profilés en U la fonction d'armature d'un ouvrage en terre armée, comme c'est le cas des profilés 18 à larges ailes de la présente demande.

[0025] La matière 11 déversée par remblayage hydraulique à l'intérieur de l'enceinte 8 délimitée par les parois 12 à 15 est un mélange comprenant essentiellement de l'eau et des cendres pulvérulentes. Les particules solides de cendres qui, à mesure que le remblayage progresse vers le haut viennent en contact de frottement avec les ailes des profilés 18, 18a et avec les armatures 22, confèrent de la cohésion au massif formé dans l'enceinte qui, conformément à l'enseignement des brevets cités, présente les caractéristiques d'une construction en terre armée, stable et résistante.

[0026] Le choix de cendres comme constituant de la matière de remblayage se justifie d'une part par le fait que des cendres dites volantes sont généralement disponibles à proximité des mines de charbon, comme sous-produits de centrales thermiques, d'autre part par la propriété qu'ont ces cendres mélangées d'eau de faire prise au bout d'un temps relativement long, de sorte qu'à la longue le massif remblayé, qui, initialement formait de la terre armée, se transforme en une sorte de béton très maigre, renforcé, à la manière du béton armé, par la présence des ailes des profilés 18, 18a et des armatures 22.

[0027] En conséquence, quel que soit l'âge du massif enclos dans l'enceinte 8, les piliers 1 à 3 qui s'y trouvent emprisonnés sur une hauteur importante bénéficient d'un effet de frettage ou d'étreinte leur permettant de résister indéfiniment aux pressions que les terrains 7 sus-jacents exercent sur eux.

[0028] Bien qu'on ait décrit l'utilisation conjointe de profilés à larges ailes 18 et de bandes souples 22 attachées aux profilés 18a, pour constituer les armatures d'un volume de terre armée, il va de soi qu'une enceinte telle que 8 pourrait être construite avec des parois réalisées exclusivement au moyen de profilés 18 à larges ailes, ou bien avec des parois faites exclusivement de profilés 18a à ailes courtes auxquelles seraient fixées des armatures 22 en forme de bande.

[0029] En réalisant les parois de rive 13, 15 exclusivement au moyen de profilés 18 à larges ailes, ces profilés définiraient en combinaison avec les particules solides remplissant leurs cavités un mur épais en terre armée dont la stabilité serait suffisante pour résister à la poussée exercée par le matériau non armé contenu entre les deux parois 13, 15.

[0030] Dans l'exemple décrit les parois 12 à 15 de l'enceinte et la matière de remblayage 11 restent à un niveau inférieur à celui du toit 9. Il est toutefois possible d'exécuter un emblayage hydraulique qui atteint le niveau du toit, et, le cas échéant, en élevant également tout ou partie des parois jusqu'au niveau du toit.

[0031] Il y a lieu de souligner que la description qui précède, en référence aux figures, ne se rapporte qu'à un exemple de l'une des multiples applications possibles du procédé suivant l'invention.

Revendications

1 - Procédé pour exécuter par mise en oeuvre d'une matière comprenant des particules solides essentiellement non cohérentes un ouvrage doué de cohésion, ayant un ou plusieurs parementshabillés d'une peau dont les éléments constitutifs forment ou supportent des armatures, avec lesquelles une couche desdites particules est en contact, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la matière mise en oeuvre (11) comprend initialement des éléments, qui, postérieurement, rendent la matière, ou la fraction de matière, cohérente.

2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière (11) comprend des particules solides ayant des caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques.

3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les particules solides à caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques sont à base de cendres ou de laitier.

4 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les particules solides à caractéristiques pouzzolaniques ou hydrauliques sont d'origine volcanique, constituées par exemple de pouzzolanes ou de trass.

5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un produit d'addition, tel que chaux, ciment, ou chlorure de calcium, capable de faire prise, est incorporé à la matière mise en oeuvre (11).

6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le produit d'addition comprend une substance, qui, après mise en oeuvre, évolue, physiquement ou chimiquement, en acquérant les propriétés d'une colle ou d'un liant plastique ou rigide.

7 - Procédé suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le produit d'addition est mis en oeuvre sous forme de solution, suspension, émulsion, etc.

8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière (11) e s t mise en place par remblayage hydraulique.

.9'. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la peau du parement ou de chaque parement est obtenue par juxtaposition horizontale et superposition de profilés en U (18,18a) dont la concavité est tournée vers l'intérieur, et dont les ailes iorment des armatures, ou supportent des armatures (22).

10. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les armatures sont constituées par des bandes (22) relativement souples.

11. Procédé suivant la revendication 2 à 5, caractérisé en ce que les ailes de profilé qui ont la fonction d'armatures sont des ailes larges.

12. Procédé d'exploitation d'une mine par chambres et piliers, caractérisé en ce que, autour d'un groupe de piliers, on construit à partir du sol de la chambre une enceinte de contour fermé, par exemple rectangulaire, dont les parois sont obtenues par juxtaposition horizontale et superposition de profilés en U dont la concavité est tournée vers l'intérieur, et dont les ailes forment des armatures ou supposent des armatures en forme de bandes relativement souples et on exécute à l'intérieur de l'enceinte un remblayage hydraulique dont les particules solides forment un matériau initialement pulvérulent qui devient ultérieurement cohérent.

Dessins