EP0034520B1 - Procédé d'exploitation d'une mine par chambres et piliers - Google Patents

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

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EP0034520B1 EP81400163A EP81400163A EP0034520B1 EP 0034520 B1 EP0034520 B1 EP 0034520B1 EP 81400163 A EP81400163 A EP 81400163A EP 81400163 A EP81400163 A EP 81400163A EP 0034520 B1 EP0034520 B1 EP 0034520B1
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
    • E02D29/02—Retaining or protecting walls
    • E02D29/0258—Retaining or protecting walls characterised by constructional features
    • E02D29/0275—Retaining or protecting walls characterised by constructional features cast in situ
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
    • E21F15/08—Filling-up hydraulically or pneumatically

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a mine by chambers and pillars in which the chambers are filled with fill.
  • patent FR-1 452 419 describes a backfill product based on fly ash which, under the effect of hydration and pressure, makes it possible to obtain a self-supporting backfill mass.
  • this “self-supporting” effect is only obtained after several weeks and during this entire period the risk of collapse remains.
  • the object of the invention is to propose new methods of implementing the backfilling process known in the application to the exploitation of a mine by chambers and pillars.
  • the invention therefore relates to a method of operating a mine by chambers and pillars in which the chambers are filled with fill, characterized in that, around a group of pliers, we build from the ground of the chamber an enclosure of closed outline, for example rectangular, the walls of which are obtained by horizontal juxtaposition and superposition of U-shaped profiles whose concavity is turned inward, and whose wings form reinforcements and / or support, reinforcements form of relatively flexible bands and is carried out inside the enclosure a backfilling with a material whose solid particles form an initially pulverulent material which becomes subsequently coherent.
  • the particles of the backfill have pozzolanic or hydraulic characteristics, they can be drawn from volcanic ash, such as pozzolans, or from volcanic tuffs or trass. Most often, particles with pozzolanic or hydraulic characteristics will come from industrial by-products, such as fly ash, produced by thermal power plants for the production of electricity, and blast furnace slag, which normally takes the form of aggregates. .
  • additives having the function of an adhesive they can be used in the form of a solution, suspension, emulsion, etc.
  • the method according to the invention makes it possible to execute structures which, in their final state, are more rigid than structures in reinforced earth, which in principle have a certain flexibility.
  • Another advantage of the proposed process is that it makes possible the recovery of products available near the site where the structure is to be built and which, sometimes, as in the case of fly ash, are bulky, even polluting.
  • the cohesion of the solid mass due to the setting phenomenon can lead to savings in terms of the reinforcements, in the sense that the latter, like the reinforcements used for reinforced concrete, can be made of a material which is not particularly resistant to corrosion and is consequently less expensive than that of the reinforcements normally incorporated in reinforced earth works.
  • the resistant enclosure which surrounds the pillars over a significant height, without necessarily reaching the roof of the chamber, thus achieves around the pillars a hooping which partially restores the state of embrace that the digging of the chambers had made disappear. As a result, the tendency to swell under compression load, which could occur in the central area of the pillars, is completely suppressed.
  • Figs. 1 and 2 represent a part of a coal mine site from which the ore was extracted by the chamber and pillar process.
  • the latter are surrounded by a rectangular enclosure 8 which is filled to a level located clearly above the middle of the pillars, without however reaching the roof 9 of the chambers, of a material 11. spilled by hydraulic backfilling.
  • the four walls 12 to 15 of the enclosure 8 are constituted by superimposition of a certain number of seats of metal profiles 18, 18a of U-shaped section, arranged approximately contiguously in each seat and the lower wing 19 a a free edge shaped as a hook 20, so as to come into engagement with the smooth edge of the upper wing 21 of one or more underlying profiles.
  • the reference 25 designates elbow-shaped fittings at a right angle provided in each seat at the four corners of the enclosure 8 to connect to each other the profiles of two adjacent perpendicular walls.
  • the profiles 18, of which the end walls 12, 14, one of the edge walls 13 and the end portions of the other edge wall 15 are formed, are profiles with broad wings, while the profiles 18a constituting , over the greater part of its length between the end parts, the edge wall 15, are profiles whose wings are relatively narrow.
  • the sections 18a are however completed by reinforcements 22 constituted by metal bands, relatively flexible, which are each bolted, at one of their ends, through two wings 19, 21, in mutual contact, of superimposed sections, and which are coated in the backfilled solid 11, their other end being free of any attachment. This provision is quite usual in reinforced earth constructions, as is apparent from the patents FR 1 393 988 and US 3 421 326.
  • the material 11 poured by hydraulic backfilling inside the enclosure 8 delimited by the walls 12 to 15 is a mixture essentially comprising water and powdery ash.
  • the solid ash particles which, as the backfilling progresses upwards, come into frictional contact with the wings of the profiles 18, 18a and with the reinforcements 22, giving cohesion to the solid mass formed in the enclosure which, in accordance with the teaching of the cited patents, has the characteristics of a reinforced earth construction, stable and resistant.
  • the pillars 1 to 3 which are trapped there over a significant height benefit from a hooping or embracing effect allowing them to resist indefinitely pressures that the overlying terrains 7 exert on them.
  • an enclosure such as 8 could be constructed with walls made exclusively by means of sections 18 with wide wings, or else with walls made exclusively of sections 18a with short wings to which armatures 22 in the form of a strip are fixed.
  • edge walls 13, 15 By making the edge walls 13, 15 exclusively by means of profiles 18 with wide wings, these profiles would define in combination with the solid particles filling their cavities a thick wall of reinforced earth whose stability would be sufficient to withstand the thrust exerted by the unreinforced material contained between the two walls 13, 15.
  • the walls 12 to 15 of the enclosure and the backfill material 11 remain at a level lower than that of the roof 9. It is however possible to carry out a hydraulic backfill which reaches the level of the roof, and , if necessary, also raising all or part of the walls to the roof level.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé d'exploitation d'une mine par chambres et piliers dans lequel les chambres sont remplies de remblai.
  • Dans les chantiers de mine le minerai est extrait selon ce procédé connu. On excave des chambres qui sont supportées par plusieurs piliers de minerai laissés en place. Ces piliers supportent la totalité de la pression du terrain sus-jacent aux chambres abandonnées. Les piliers, ainsi comprimés, subissent à long terme un gonflement qui pourrait provoquer leur rupture.
  • En outre, pour améliorer le rendement de l'exploitation de minerai il est souhaitable de réduire la section des piliers.
  • On connaît déjà (brevet US 3 817 039) un procédé de remblayage de chambres souterraines dans l'exploitation selon la méthode chambres et piliers consistant à injecter un matériau sous forme de particules, tel que cendre volante, sable, laitier concassé ou autre, en suspension dans un liquide.
  • Enfin, le brevet FR-1 452 419 décrit un produit de remblayage à base de cendre volante qui sous l'effet de l'hydratation et de la pression permet d'obtenir une masse de remblayage autoportante. Cependant, cet effet « d'auto-portance » n'est obtenu qu'après plusieurs semaines et pendant toute cette période les risques d'effondrement subsistent.
  • Des ouvrages en « Terre armée » 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.
  • Le but de l'invention est de proposer des modalités nouvelles de mise en oeuvre du procédé de remblayage connu dans l'application à l'exploitation d'une mine par chambres et piliers. En effet, dans ce cas particulier, il est souhaitable de réaliser des piliers de section aussi faible que possible et de les renforcer par un remblayage présentant dès sa mise en place une résistance suffisante.
  • L'invention a donc pour objet un procédé d'exploitation d'une mine par chambres et piliers dans lequel les chambres sont remplies de remblai, caractérisé en ce que, autour d'un groupe de pliers, 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 et/ou supportent, des armatures en forme de bandes relativement souples et l'on exécute à l'intérieur de l'enceinte un remblayage avec une matière dont les particules solides forment un matériau initialement pulvérulent qui devient ultérieurement cohérent.
  • Si les particules de la matière de remblayage 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 granulats.
  • Quant aux produits d'addition ayant la fonction d'une colle, ils peuvent être mis en oeuvre sous forme de solution, suspension, émulsion, etc.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Figure 1 est une vue en coupe verticale de piliers d'une mine, consolidés au moyen d'un remblai contenu dans une enceinte ;
    • la Figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
  • Les Fig. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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, à la manière du béton armé, par la présence des ailes des profilés 18, 18a et des armatures 22.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 remblayage hydraulique qui atteint le niveau du toit, et, le cas échéant, en élevant également tout ou partie des parois jusqu'au niveau du toit.

Claims (8)

1. Procédé d'exploitation d'une mine par chambres et piliers dans lequel les chambres sont remplies de remblai, caractérisé en ce que, autour d'un groupe de piliers (1, 2, 3) on construit à partir du sol de la chambre une enceinte (8) de contour fermé, par exemple rectangulaire, dont les parois sont obtenues par juxtaposition horizontale et superposition de profilés en U (18, 18a) dont la concavité est tournée vers l'intérieur, et dont les ailes forment des armatures et/ou supportent des armatures en forme de bandes (22) relativement souples et l'on exécute à l'intérieur de l'enceinte un remblayage avec une matière (11) dont les particules solides forment un matériau initialement pulvérulent qui devient ultérieurement cohérent.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de remblayage (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 de remblayage (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 ceuvre sous forme de solution, suspension, émulsion, etc.
8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière (11) est mise en place par remblayage hydraulique.
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