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Exploitation des gisements horizontaux par chambres et piliers
Cette méthode s’applique aux formations dont le pendage, nul à modéré, ne dépasse pas 20° . Ces formations sont souvent d’origine sédimentaire. Le toit des galeries peut être boulonné si sa stabilité pose problème. L’exploitation par chambres et piliers est l’une des principales méthodes utilisées dans les mines de charbon souterraines.
L’abattage du minerai se fait par tir de mines horizontales, en avançant sur plusieurs fronts et en formant des vides (chambres) séparés par des piliers de minerai laissés en place pour empêcher le toit de s’effondrer. On obtient ainsi d’ordinaire un quadrillage régulier de chambres et de piliers dont les dimensions relatives représentent un compromis entre deux impératifs: assurer la stabilité du massif rocheux et récupérer la plus grande part possible du minerai. Cela implique une étude approfondie de la résistance des piliers, de la portée de la couche supérieure et d’autres facteurs encore. On utilise couramment des boulons d’ancrage pour augmenter la résistance des piliers. Les chambres servent de voies de roulage pour le transport par camions du minerai vers le silo de stockage. Le front de taille est attaqué par foration et tir de mines, de la même manière que le front d’attaque lors du percement des galeries. La largeur et la hauteur du front correspondent aux dimensions de la galerie, qui peuvent être assez importantes. Dans les mines de hauteur normale, on utilise des jumbos de foration. Si la couche a moins de 3 m d’épaisseur, on utilise des appareils de foration de plus faible encombrement. Les gisements puissants sont exploités en partant du haut, pour que les travaux de stabilisation du toit puissent être exécutés à une hauteur commode pour les mineurs. Le reste est abattu par tranches horizontales, au moyen de tir de mines horizontales parallèles à la surface libre. Les matériaux abattus sont chargés dans des camions sur le chantier. Habituellement, on utilise pour cette opération des chargeuses et des camions à benne basculante ordinaires. Pour les galeries de faible hauteur, il existe des chargeuses et des camions spéciaux. L’exploitation par chambres et piliers est une méthode très productive.
La sécurité est fonction de la hauteur des chambres et des dispositifs de soutènement mis en place. Le principal danger vient des chutes de blocs et de la circulation du matériel.
Exploitation des gisements pentés par chambres et piliers
L’exploitation par chambres et piliers en gisement pentu concerne les gisements tabulaires à pendage compris entre 15° et 30°, soit une pente trop forte pour les véhicules sur pneus et trop faible pour la chute libre du minerai par gravité. La méthode traditionnelle d’exploitation des gisements pentus repose sur le travail manuel. Les mineurs forent les trous de mine avec des perforatrices à main, et les matériaux abattus sont déblayés par des racleurs. Le travail sur ce type de chantier est difficile. Les mineurs doivent escalader les tas de matériaux abattus en portant une perforatrice, les câbles et les poulies du racleur. En plus des risques d’accidents et de chutes de blocs, ils sont exposés au bruit, aux poussières, à un aérage parfois déficient et à la chaleur. Si le gisement se prête à une exploitation mécanisée, on procède par chambres en gradins de manière à obtenir une surface dont la pente convient aux véhicules sur pneus. L’exploitation commence par le traçage de chambres horizontales, à partir d’une galerie servant à la fois d’accès et de roulage. Le premier étage horizontal suit le toit. L’étage suivant est tracé un peu plus bas dans la même direction, et ainsi de suite en descendant, de façon à obtenir un découpage en gradins. Des piliers de minerai sont laissés en place pour supporter le toit. Après avoir tracé complètement deux ou trois chambres contiguës, on passe à l’étage inférieur, en laissant un long pilier de minerai.
Des parties de ce pilier peuvent être récupérées ultérieurement, en pratiquant des recoupes et des refontes depuis le chantier situé au-dessous. Les engins modernes montés sur pneumatiques sont bien adaptés à l’exploitation par gradins. L’abattage peut se faire de façon entièrement mécanique au moyen des matériels mobiles courants. Les matériaux abattus sont évacués par des chargeuses et placés dans des camions pour leur évacuation. Si la chambre n’est pas assez haute pour permettre le chargement des camions, celui-ci peut se faire sur des aires spéciales aménagées dans la voie de roulage. En principe, la méthode d’exploitation par chambres et piliers reste valable, qu’il s’agisse de gisements en plateure, semi- dressant ou dressant, seuls les moyens utilisés pour l’abattage et le chargement se diffèrent.
Mécanisme et phénomène d’affaissement
Les éventuels phénomènes d’instabilité susceptibles d’affecter les terrains de surface à l’aplomb des travaux souterrains prennent naissance au sein des travaux souterrains. Ils se manifestent par la dislocation et la chute du toit ou de parements des cavités. Les terrains s’éboulent en blocs de tailles et de formes variables s’entassent aléatoirement en laissant entre eux des vides résiduels. Une fois éboulés, les terrains occupent, de ce fait, un volume plus important que celui qu’ils occupaient dans leur état naturel initial, c’est le phénomène de foisonnement.
Lorsque le foisonnement est insuffisant pour combler le vide exploité, les terrains sus-jacents viennent s’appuyer sur les terrains foudroyés en gardant leur continuité. Ils se tassent progressivement en compactant la partie foudroyée. Le tassement progressif des terrains constituant le recouvrement se manifeste en surface par un abaissement de la surface qui se poursuit jusqu’à l’établissement d’un nouvel état d’équilibre stable dans le temps.
On parle d’affaissement minier, au sens large, lorsque le réajustement de la surface se fait de façon souple et progressive, en formant une dépression topographique, sans rupture cassante importante, avec une allure de cuvette . Généralement, ce type de manifestation ne concerne que les exploitations situées à grande profondeur et présentant des extensions horizontales importante.
Conséquence des affaissements miniers sur l’environnement
Généralement, les conséquences les plus dommageables sont celles qui affectent la stabilité des bâtiments et infrastructures de surface. En termes de dégradation du bâti, ce ne sont pas tant les affaissements à proprement parler (déplacements verticaux) que les déformations du sol (déplacements horizontaux, flexions…) qui sont les plus à craindre. Les dommages consécutifs aux déformations du sol sont en relation avec :
La longueur des ouvrages qui les subissent (les bâtiments longs sont les plus sensibles) ; Leur position par rapport à la cuvette (ceux qui sont proches du point d’inflexion de la courbe d’affaissement sont les plus vulnérables) ; La nature du sol et des fondations ; Les tolérances des constructions (présence de joints de dilatation, déformabilité des matériaux…).
Si elles peuvent s’avérer importantes durant la phase d’exploitation, les déformations induites durant la phase post-exploitation sont en général très limité. Les conséquences induites sur la stabilité des terrains et des infrastructures de surface sont donc, dans la plupart des cas négligeables.
Mines de sel dans le monde
Il existe dans le monde de nombreux gisements de sel. Certains d’entre eux sont exploités par dissolution et d’autres par la méthode des chambres et piliers abandonnés ou Quelles que soient les méthodes utilisées, les anciennes exploitations minières ont laissé des vides souterrains de dimensions parfois importantes.
L’existence de vide dans le sol légitime naturellement des questions sur l’évolution de la stabilité mécanique du massif au droit ou au voisinage de l’exploitation. Nous nous intéressons plus précisément dans cette communication au fluage (déformations différées) des piliers des mines de sel exploitées par la méthode des chambres et piliers abandonnés.
Le sel gemme est un matériau qui présente un comportement fortement viscoplastique, relativement bien décrit par des modèles rhéologiques tels que celui de Norton ou de Lemaitre. Les caractéristiques intrinsèques du sel gemme font apparaître un comportement viscoplastique responsable d’un fluage des parois des ouvrages souterrains. C’est pourquoi dans le cas de ce type d’exploitations, la problématique est double .la première est relative au comportement à court terme des piliers vis-à-vis de leur stabilité mécanique et la seconde est spécifique à l’évolution temporelle des diverses variables mécaniques (endommagement, déformations, contraintes, etc.) induite par le fluage des piliers. Le fluage a naturellement des conséquences en terme d’affaissements en surface du sol et en terme de tenue des piliers, du toit immédiat et des terrains de recouvrement Le recours à une analyse de l’évolution dans le temps des déformations des piliers, à l’aide de la modélisation numérique, se heurte très rapidement à des limites non seulement liées à la taille du problème à résoudre mais également aux nombreuses incertitudes qui pèsent sur l’ensemble des données géo-mécaniques.
La méthode que propose, apporte, en gardant sa simplicité, une correction significative à la méthode de l’aire tributaire par l’intermédiaire d’un coefficient multiplicateur fonction de l’élancement du pilier. La méthode consiste à remplacer, sous certaines hypothèses et conditions, le problème réel tridimensionnel, non-homogène et non-linéaire en un problème équivalent non-linéaire mais monodimensionnel et homogène.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE SUR L’EXPLOITATION DES GISEMENTS FAIBLEMENT INCLINES PAR LES METHODES DES PILIERS ABONDONNES DE PART LE MONDE ET EN ALGERIE
1.1. Cadre théorique
1.1.1 Exploitation des gisements horizontaux par chambres et piliers
1.1.2 Exploitation des gisements pentés par chambres et piliers
1.1.3 Risques liés à la stabilité des terrains de surface à l’aplomb de travaux
souterrains.
1.1.4 Instabilités de surface connues et rétro-analyses dans certains pays du monde
Conclusion
CHAPITRE 2 : CARACTERISATION DES CONDITIONS GEOLOGIQUES ET MINIERES DU GISEMENT DE CHAABET EL HAMRA- ALGERIE
2.1 Localisation géographique du gisement de Chaabet El-Hamra et conditions climatiques
2.2 Historique de la mine de Chaabet El-Hamra
2.3 Conditions géologiques du gisement de Chaabet El-Hamra
2.4 Réserves du gisement
2.5 Mode d’ouverture et découpage du gisement
2.6 Méthodes d’exploitation proposées
Conclusion
CHAPITRE 3 : METHODES D’ETUDES DE LA STABILITE DES MINES SOUTERRAINES
3.1 Méthode analytique
3.2 Méthode numérique
Conclusion
CHAPITRE 4 : MODELISATION NUMERIQUE DE LA METHODE D’EXPLOITATION PAR PILIER ABANDONNES, CAS DE LA MINE DE CHAABET -EL- HAMRA
4.1 Objectif principal
4.2 Méthode analytique de l’aire tributaire
4.3 Modélisation numérique
CONCLUSIONS GENERALES ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
