Utilisateur:A2CFH2LMN/Brouillon

• Gérer mon brouillon
• Demander une relecture (voir les demandes)
• Publier mon brouillon

Cette page est un brouillon appartenant à A2CFH2LMN

Conseils de rédaction

• → N'hésitez pas à publier sur le brouillon un texte inachevé et à le modifier autant que vous le souhaitez.
• → Pour enregistrer vos modifications au brouillon, il est nécessaire de cliquer sur le bouton bleu : « Publier les modifications ». Il n'y a pas d'enregistrement automatique.

Si votre but est de publier un nouvel article, votre brouillon doit respecter les points suivants :

• Respectez le droit d'auteur en créant un texte spécialement pour Wikipédia en français (pas de copier-coller venu d'ailleurs).
• Indiquez les éléments démontrant la notoriété du sujet (aide).
• Liez chaque fait présenté à une source de qualité (quelles sources  – comment les insérer).
• Utilisez un ton neutre, qui ne soit ni orienté ni publicitaire (aide).
• Veillez également à structurer votre article, de manière à ce qu'il soit conforme aux autres pages de l'encyclopédie (structurer – mettre en page).

• → Si ces points sont respectés, pour transformer votre brouillon en article, utilisez le bouton « publier le brouillon » en haut à droite. Votre brouillon sera alors transféré dans l'espace encyclopédique.

MÉTHODES D'EXPLOITATION DANS LES MINES DE CHARBON

Caractéristiques des gisements de charbon

Chaque gisement de charbon présente des caractéristiques géométriques, notamment l'épaisseur des couches qui le constituent (puissance) et leur l'inclinaison par rapport à l'horizontale (pendage), qui peuvent être relativement constantes sur toute son étendue ou qui peuvent varier de manière plus ou moins importante d'un secteur à l'autre en fonction des failles et/ou des particularités géologiques qui l'affectent.

Les couches de charbon peuvent être classées de la manière suivante :

Par rapport au pendage

• horizontales, faiblement ou moyennement inclinées, par rapport à l'horizontale (disons jusqu'à 40°) ;

• Fortement inclinées (au delà de 40° et jusqu'à la verticale) ; on parle alors de semis-dressants ou de dressants pour les couches les plus inclinées (au delà de 80°).

Par rapport à la puissance

• de faible puissance (jusqu'à 1,5m à 2m), de moyenne puissance (de 2m à 5m environ) ou de fortes puissance (au delà de 5m) ;

• de puissance régulière ou au contraire variant fortement dans un même secteur, ce qui est en particulier le cas des gisements lenticulaires.

Il existe également un autre type de gisements : les amas qui se présentent sous des formes diverses dont les sections horizontales à différents niveaux ainsi que leurs sections verticales ont des formes variables des unes aux autres et dont la puissance très importante par endroits devient faible, voire nulle, à d'autres.

Des exemples de ce type de gisements peuvent être illustrés par la forme d'une toupie fortement déformée ou par celle d'une pomme de terre, d'où le nom de "patatoïdes" qui leur est parfois donné.

De nombreux gisements de charbon « affleurent » en surface avant de s’enfoncer progressivement dans le sous-sol ; c’est d’ailleurs à cause de cette particularité qu’ont été découverts la plupart des gisements, leur exploitation ayant débuté dans leur partie supérieure avant de s’approfondir progressivement.

Néanmoins certains gisements n’affleurent pas en surface et ont été reconnus par sondages (c’est en particulier le cas du gisement du Jura, non encore exploité à ce jour).

Bien qu’un gisement affleure en surface il peut se faire que, suite à des accidents géologiques importants, la continuité en profondeur entre la partie de gisement affleurant et sa partie « rejetée » n’affleurant pas nécessite la réalisation de sondages à partir de la surface pour retrouver cette partie.

Ce fut en particulier le cas pour le gisement du bassin du Nord et Pas de Calais affleurant en Belgique mais dont la partie française rejetée et par ailleurs recouverte par les morts terrains du Crétacé supérieur et du Tertiaire a été retrouvée par sondages.

Infrastructures minières et découpage du gisement

L’exploitation d’un gisement de charbon nécessite la réalisation d’infrastructures souterraines qui vont notamment permettre :

• d’amener le matériel nécessaire à l’exploitation du charbon ;
• de maintenir une atmosphère respirable dans les travaux souterrains par la création d’une circulation d’air dans les différents secteurs de l’exploitation (aérage) ce qui permet en outre l’évacuation des différents gaz résultant de l’abattage du charbon et notamment du méthane (grisou) ;
• de transporter le charbon depuis les chantiers d’abattage jusqu’au jour ;
• d’amener les matériaux nécessaires au comblement des vides laissés par l’exploitation du charbon lorsque la méthode d’exploitation l’exige (méthode par remblayage).

Infrastructures au rocher

Les infrastructures souterraines au rocher comportent, dans la majorité des cas, des puits qui sont au moins au nombre de deux : un pour l’entrée d’air et l’évacuation du charbon, l’autre pour le retour d’air et l’amenée de matériel, cette spécialisation n’étant cependant pas intangible.

Les deux puits sont disposés soit cote à cote (puits jumeaux), ce qui permet une concentration des installations de surface, soit éloignés l’un de l’autre.

Leur position est déterminée en fonction des caractéristiques géométriques du gisement de manière à assurer au mieux les fonctions qu’ils sont amenés à remplir (déblocage du charbon, aérage, amenée du matériel etc.).

Les puits jumeaux sont placés au centre du gisement alors que chacun des puits éloignés est placé à l’une de ses extrémités, mais il s’agit là d’une situation qui ne peut être réalisée que si le gisement est suffisamment connu au moment du creusement des puits.

Dans la réalité le connaissance exacte du gisement, notamment s’il est affecté par de nombreux accidents, se faisant au fur et à mesure de son exploitation cette règle fait forcément l’objet de nombreux aménagements.

Les vides créés par l’exploitation du charbon, même dans le cas où ils sont remblayés, engendrent des affaissements des terrains sus-jacents qui se propagent jusqu’à la surface suivant des angles avec la verticale variant avec la nature de ces terrains (de l’ordre de 30°).

Il est donc nécessaire de protéger les puits soit en les plaçant en dehors des zones d’influence de l’exploitation, c’est à dire au mur du gisement, soit, notamment dans le cas des puits traversant le gisement, en délimitant autour d’eux des zones dans laquelle l’exploitation sera proscrite ou partielle.

Compte tenu du mode de propagation des affaissements ces zones de protection (stots de protection des puits) ont une forme tronconique renversée, dont la plus petite base se situe en surface ; la section droite du tronc de cône (il s'agit d'un cercle) à chaque niveau du gisement est d’autant plus étendue que l’exploitation s’approfondit.

A partir de ces puits sont creusées des galeries au rocher à plusieurs niveaux, en général également espacés dans le sens vertical, sensiblement perpendiculaires à l’extension latérale du gisement (dite en direction) qui viennent recouper ce dernier ; ces galeries au rocher et les différents niveaux auxquels ils sont creusés sont respectivement sont dénommées « travers-bancs » et « étages ».

A chaque étage, les travers-bancs peuvent être reliés entre eux par des galeries au rocher parallèles à l’extension latérale du gisement (en direction), ce qui permet de multiplier les entrées dans le gisement par d’autres travers–bancs creusés à partir de ces galeries.

La partie d’un gisement compris entre deux plans horizontaux passant par deux étages successifs (étage de base et étage de tête) est divisée en secteurs d’exploitation dénommés « panneaux ».

Ces derniers sont limités soit par des accidents géologiques, soit par des plans verticaux virtuels lorsque la régularité du gisement et la longueur de son extension latérale ne peuvent permettre son exploitation en un seul panneau, compte tenu des diverses contraintes de l’exploitation.

Les divers travers-bancs sont donc disposés de manière à assurer au mieux les fonctions de déblocage du charbon, d’aérage et d’amenée du matériel des divers panneaux.

Dans la pratique l’exploitant cherche néanmoins, pour des raisons économiques, à découper le gisement de manière à ce que les longueurs en direction des différents panneaux soit la plus importante possible.

L’évacuation du charbon provenant du dépilage d’un panneau ainsi que l’arrivée d’air pour son aérage s’effectuent, dans la plupart des cas, par son étage de base, le retour d’air et l’amenée du matériel par son étage de tête.

En général plusieurs panneaux sont dépilés à partir d’un étage.

Le dépilage du gisement se développe globalement en descendant, les infrastructures de l’étage inférieur devenant celles de l’étage supérieur lorsque l’exploitation s’approfondit d’un étage.

L’exploitation du charbon s’effectue à partir d’un seul ou de plusieurs étages, la règle, lorsque l’exploitation s’effectue sur plusieurs étages, est que l’exploitation des panneaux d’un étage soit suffisamment avancée par rapport à celle des panneaux de l’étage immédiatement inférieur, de manière à ne pas être influencée par cette dernière, notamment dans le cas où le foudroyage des terrains après dépilage est réalisé.

Le creusement des galeries au rocher d’accès aux panneaux situés sur un voire plusieurs étages à l’aval de l’étage le plus profond de l’exploitation en cours, ainsi que les travaux de préparation en couche des futurs chantiers d’exploitation de ces panneaux doivent être suffisamment avancés de manière à maintenir dans le temps une production stable.

La figure n° 1 donne un exemple très schématique d’un découpage de gisement.

Commentaires de la figure n° 1

Cette planche schématise un gisement orienté est-ouest en direction et de pendage nord ; l’observateur se situe au mur du gisement qui « plonge » devant lui et s’en éloigne donc au fur et à mesure qu’il s’approfondit.

Ce gisement est affecté par deux failles délimitant trois panneaux : un panneau ouest, un panneau central et un panneau est.

Par rapport au panneau ouest, la faille la plus à l’ouest rapproche le gisement de l’observateur alors que la faille la plus à l’est l’en éloigne, par rapport au panneau central.

Le pendage du gisement est moyen (disons 30° environ) ; il est en tout cas suffisamment faible pour permettre l’exploitation des couches par la méthode des « tailles au pendage ».

Pour l’exploitation des gisements de faible extension en profondeur, notamment pour ceux dont l’inclinaison avec l’horizontale est faible à moyenne, les puits sont souvent remplacés par des galeries inclinées creusées au mur du gisement, ce qui permet de rester au plus près de ce dernier et donc d’éviter des creusements de longueurs importantes au rocher pour y accéder, au fur et à mesure que celui-ci s’approfondit.

Cette méthode peut également être utilisée pour l’exploitation de la partie la plus profonde d’un gisement (souvent dénommée « aval pendage ») lorsque l’approfondissement des puits et le creusement des galeries d’accès au gisement s ‘avèreraient prohibitifs.

Ces galeries inclinées peuvent être dans certains cas creusées directement dans une des couches de charbon, en général la plus au mur du gisement , ou dans plusieurs de celles-ci, voire dans chacune d’elles.

La planche n° 2 schématise notamment les travaux préparatoire d’un aval pendage pour lequel le déblocage du charbon s’effectuera par une descenderie au rocher et l’amenée de matériel par un « bure », cette appellation désignant un puits intérieur.

Galeries en couche de préparation des panneaux

Les intersections des travers-bancs et des différentes couches du gisement sont dénommées « entrées en couche ».

A partir de chaque entrée en couche est creusée une galeries au charbon jusqu'à la limite du panneau à exploiter ; lorsqu’un panneau à exploiter s’étend de chaque coté du travers-bancs qui lui est dédié une galerie est creusée de part et d’autre de ce travers-bancs jusqu’à chacune des limites du panneau à exploiter.

Ces galeries qui dans les anciennes exploitations étaient creusées suivant la ligne de niveau de la couche à l’étage considéré – le déblocage du charbon s’effectuant le plus souvent en berlines – sont, avec les moyens modernes de déblocage (convoyeurs blindés et convoyeurs à bande), creusées en direction, ce qui induit le plus souvent des changements de pente, la galerie oscillant dans le plan vertical de part et d’autre de l’horizontale.

Dans le cas où les lignes de niveau de la couche subissent un changement de direction notable – et durable – par suite, par exemple, d’une inflexion importante des courbes de niveau du gisement, il est nécessaire de donner une nouvelle direction à la galerie en couche, ce qui implique l’installation d’un nouvel engin de déblocage.

Lorsque ces galeries au charbon atteignent les limites du panneau à exploiter des galeries en couche dénommés « montages » sont creusés le long de ces limites jusqu’à ce qu’elles viennent faire leur jonction avec la galerie correspondante creusée à l’étage supérieur à partir du travers-bancs dédié, à cet étage, à l’exploitation du panneau.

Un circuit d’aérage à donc ainsi été réalisé

L’aérage est le plus souvent montant ; l’air arrive donc par le puits d’entrée d’air, il parcourt ensuite le travers bancs lié à ce puits à l’étage inférieur, les galeries principales de cet étage, les différents chantiers d’exploitation des panneaux, les galeries principales de l’étage supérieur pour aboutir au puits de retour d’air par le travers-bancs lié à ce puits à l’étage supérieur.

Le plus souvent l’aérage est obtenu à partir de ventilateurs (au minimum un ventilateur principal et un ventilateur secondaire) placés dans un rampant reliant la surface au puits de retour d’air , un sas d’aérage étant installé dans la partie supérieure du puits entre la surface et son point de jonction avec le rampant.

Cette configuration dénommée « aérage aspirant » est en général préférée à celle qui consiste à souffler l’air dans le puits d’entrée d’air configuration dénommée « aérage soufflant ».

Sauf dérogation donnée par les autorités gouvernementales chargées de la sécurité dans les mines, l’aérage est obligatoirement montant dans les mines grisouteuses.

Cette configuration permet en effet une meilleure évacuation du grisou, notamment dans les parties hautes de l’exploitation (têtes de tailles en particulier) où, du fait de sa faible densité, il a tendance à se concentrer ce qui entraine des risques d’explosion.

Lorsque le gisement comporte plusieurs couches l’exploitation progresse en général de la couche la plus au toit du gisement vers celle située la plus au mur, notamment lorsque la méthode d’exploitation consiste à laisser s’effondrer les terrains situés au toit des couche (foudroyage) après l’enlèvement du charbon.

En effet , si le dépilage s’effectuait dans le sens inverse l’exploitation de la couche la plus au mur affecterait les couches situées au toit de celle-ci, rendant l’exploitation de ces couches plus difficile voire impossible.

La planche n°2 schématise l’exploitation d’un gisement comportant deux couches par la méthode des tailles rabattantes – dont la description sera développée au chapitre suivant – ainsi que l’aérage de ces tailles, les flèches indiquant le sens d’évacuation du charbon ; celui de l’amenée de matériel n’a pas été indiqué pour ne pas surcharger le dessin.

Méthodes d'exploitation utilisées dans les couches pour des pendages faibles à moyens

Exploitation par tailles au pendage

Cas des couches minces ou de puissance moyenne

Dans cette méthode le front d’exploitation est sensiblement perpendiculaire aux voies de tête et de base du panneau.

Il se déplace parallèlement à lui-même d’une extrémité à l’autre du panneau par avancées successives appelées « allées » dont la largeur est notamment fonction de la valeur du porte à faux que peut supporter le toit de la couche (le plus souvent entre 1 m et 1,5 m)

Cette progression peut s’effectuer :

- soit de l’extrémité du panneau vers les ouvrages donnant accès à celui-ci et qui permettent l’amenée du matériel, l’évacuation du charbon et la circulation de l’air ; on dit alors qu’il s’agit d’une exploitation « rabattante » (voir planche N° 2) ; - soit en partant de ces ouvrages vers l’extrémité du panneau ; on dit dans ce cas qu’il s’agit d’une exploitation « chassante ».

Dans le premier cas les voies de tête et de base sont creusées à l’avance et sont abandonnées au fur et à mesure de la progression du front d’exploitation, sauf à conserver l’un d’elle pour l’exploitation d’un futur panneau à exploiter situé à l’aval immédiat du panneau exploité.

Dans le second cas les voies de tête et de base peuvent être creusées au fur et à mesure de la progression du front de dépilage.

Que l’exploitation soit rabattante ou chassante, il est nécessaire de creuser à l’une des extrémités du panneau un ouvrage (en général appelé montage) dans lequel sont installés les matériels nécessaires à l’abattage du charbon et à son évacuation ainsi que les matériels de soutènement du toit de la couche.

L’espace occupé par ces matériels est dénommé « taille », d’où le nom de la méthode d’exploitation.

Dans les exploitations actuelles :

- l’abattage du charbon s’effectue à l’aide de haveuses intégrales ou de rabots et son évacuation se fait par un convoyeur blindé ; - le soutènement est constitué par des piles dites « piles de soutènement marchant ».

Cas des couches puissantes

Lorsque du fait de son épaisseur la couche ne peut être dépilée en une seule fois, il est nécessaire :

- soit de dépiler la couche à l’aide de tailles successives au pendage dont l’ouverture de chacune d’entre elles ne représente qu’une partie de la puissance de la couche ; - soit d’exploiter une taille au pendage au mur de la couche et de laisser le charbon situé en couronne de cette taille s’effondrer dans l’arrière taille où il est récupéré (méthode dite par soutirage).

Méthode par tailles successives.

Le nombre des tailles successives est bien évidemment fonction de la puissance de la couche.

Ces tailles peuvent se succéder du toit au mur (méthode descendante) ou du mur au toit (méthode montante).

Dans le cas de la méthode montante les tailles sont forcément remblayées, sauf la taille située sous le toit qui peut être foudroyée ; le soutènement de chacune d’elles prend appui sur le remblai de la taille qui lui est immédiatement inférieure.

Dans le cas de la méthode descendante les tailles peuvent être soit remblayées, soit foudroyées si la consistance du toit le permet (absence de trop gros blocs en particulier) ; dans les deux cas il convient de constituer un plancher à la sole de la taille la plus au toit de manière à ce que, soit le remblai, soit le foudroyage de la première tranche soit contenu, avant soutènement définitif, dans l’allée en cours d’abattage du charbon dans la tranche immédiatement inférieure.

Ce plancher doit être suffisamment souple, notamment , de manière à ce qu’il ne donne pas lieu à la formation de ponts importants dans l’arrière taille ; il peut être constitué par des lais de grillage se recouvrant suffisamment, réunis entre eux au milieu du recouvrement, par exemple à l’aide de corde nylon.

Dans le cas où le foudroyage du toit de la première tranche est réalisé, le grillage a tout avantage, pour des raisons de facilité de pose, à être disposé directement au toit dans l’allée abattue ; il constitue ainsi une sorte de tapis s’incurvant à l’arrière de la taille en retenant le foudroyage jusqu’à ce qu’il rejoigne la sole

Les éléments constitutifs du plancher doivent présenter des caractéristiques mécaniques suffisantes pour pouvoir encaisser les contraintes qui leur sont appliquées lors du foudroyage du toit de la tranche supérieure et du dépilage de la tranche qui lui est immédiatement inférieure.

Dans le cas où le nombre de tranches successives est supérieur à deux le plancher réalisé dans la tranche au toit de la couche peut, s’il n’est pas trop endommagé, remplir son rôle pour l’ensemble des tranches à dépiler moyennant éventuellement la réalisation des réparations qui s’avéreraient nécessaires ; le dépilage de chacune des tranches peut également s’accompagner de la réalisation d’un nouveau plancher.

Les modalités d’exploitation de chacune des tailles successives sont les mêmes que celles décrites pour les tailles exploitant le charbon sur toute la hauteur de la couche ; on conçoit cependant que dans le cas de l’exploitation par tranches montantes remblayées, l’utilisation du soutènement marchant est problématique, sauf à avoir un remblai particulièrement compact (remblayage hydraulique ?) sur lequel ce soutènement puisse prendre appui et se déplacer sans trop de difficultés.

Comme dans le cas des tailles au pendage exploitées entre toit et mur l’exploitation peut être chassante ou rabattante.

Les tailles successives peuvent être exploitées en même temps à l’intérieur d’un même panneau, la distance minimale séparant les fronts d’exploitation de deux tailles successives étant notamment telle que la pente maximale tolérée par l’engin de déblocage du charbon ne soit pas dépassée.

En effet, la voie de tête et la voie de base, dans le cas d’une telle exploitation conjointe des tailles présentent autant d’escaliers, moins un, qu’il y a de tailles en exploitation, que l’engin de déblocage doit donc franchir sur une distance qui ne peut excéder ses possibilités.

Dans le cas d’une exploitation descendante les voies de tête et de base sont abaissées (on parle de rabassenage) pour permettre l’exploitation des tailles succédant à la taille au toit ; dans le cas d’une exploitation montante elles sont au contraire surélevées (on parle alors de relevage).

Méthode d’exploitation par soutirage.

Cette méthode consiste à conduire une taille rabattante au mur de la couche et à soutirer le charbon foudroyé dans l’arrière taille. Un grillage est disposé en couronne dans l’allée qui vient d’être abattue comme il vient d’être dit précédemment dans le chapitre sur la méthode par tranches multiples descendantes.

Il suffit alors de pratiquer des trous dans la partie du grillage situé dans l’arrière taille, à intervalles réguliers pour maîtriser le soutirage du charbon.

Le soutènement en taille est réalisé soit à l’aide d’étançons à friction ou hydrauliques soit par piles de soutènement marchant.

Dans ce dernier cas les piles de soutènement marchant comportent coté arrière-taille une prolonge en forme de banane reliée à la pile par un vérin hydraulique oblique, le tout soutenant le grillage dont il a été fait état précédemment. ; un convoyeur blindé se trouve à l’arrière de la pile juste sous la prolonge décrite précédemment ; il permet ainsi l’évacuation du charbon soutiré qui tombe directement sur lui.

L’application de mouvement alternatifs sur le vérin soutenant la prolonge arrière facilite l’extraction du charbon foudroyé ; il convient de soutirer le charbon au même rythme par chacune des ouvertures pratiquées dans le grillage de façon à ne pas créer d’entonnoirs par lesquels s’engouffrent les stériles du toit emprisonnant ainsi une part importante du charbon.

Pour pallier cet inconvénient il est possible, si la couche a une puissance qui le permet, de conduire une taille au toit par la méthode du foudroyage, avec installation d’un grillage retenant les produits du foudroyage et empêchant ainsi leur mélange avec le charbon lors du soutirage de ce dernier à partir de la taille conduite au mur de la couche.

Méthodes par chambres et piliers

Méthode classique par chambres et piliers

Couramment employée dans les exploitations autres que celles de charbon (mines métalliques, carrières souterraines de matériaux divers : calcaire, grès, gypse, marbre etc..) cette méthode est également appliquée dans certaines mines de charbon dans des couches horizontales ou à faible pendage, plus rarement dans des couches plus fortement inclinées.

Elle présente le gros avantage de pouvoir utiliser en souterrain des engins du type « travaux publics ».

Dans les mines grisouteuses et/ou poussiéreuses ce matériel doit être de sécurité vis à vis des risques d’inflammation du grisou et/ou des poussières.

Dans sa version la plus courante cette méthode consiste à quadriller le panneau à exploiter par des galeries orthogonales en laissant subsister des piliers (voir schéma).

La largeur des galeries est déterminée en fonction du poids des terrains et des contraintes que peut supporter le premier banc du toit ou les premiers bancs du toit formant un ensemble suffisamment homogène (le boulonnage pouvant constituer un moyen d’augmenter cette homogénéité) : de cisaillement au droit des piliers, à la compression pour sa partie supérieure et à l’extension pour sa partie inférieure.

La section horizontale des piliers, le plus souvent carrée, est déterminée en première approche par la méthode dite de « l’aire tributaire » qui consiste à considérer que chaque pilier supporte le poids des terrains compris à l’intérieur d’un prisme à section carrée dont la hauteur est égale à la distance existant entre la surface et le toit de la couche à exploiter et dont chacun des coté de sa base est égale à la largeur du pilier augmentée d’une largeur de galerie (voir schéma).

Après avoir déterminé la résistance à la compression du charbon en laboratoire sur éprouvette et connaissant la largeur des galeries il est donc possible de calculer la section des piliers.

Ce mode de calcul indépendamment du fait qu’il est relativement frustre n’est plus valable lorsque l’élancement des piliers (rapport entre la hauteur et la largeur des piliers) devient trop importante.

De nos jours, dans la majorité des cas les largeurs de galeries et les dimensions des piliers sont déterminés à l’aide de modèles mathématiques ce qui permet d’optimiser les caractéristiques dimensionnelles de l’exploitation tout en assurant sa stabilité.

L’utilisation du boulonnage aussi bien du toit que des piliers améliore sensiblement les performances mécaniques des terrains ; il constitue par ailleurs une sécurité vis à vis des risques de chutes de blocs en provenance du toit ou d’écaillage des piliers.

Dans la méthode des chambres et piliers, les piliers peuvent être laissés en place (méthode dite « des piliers abandonnés ») ou le charbon qui les constitue peut être récupéré (tout au moins en partie) après abattage à l’explosif (torpillage des piliers).

Dans ce dernier cas il y a tout intérêt, pour des raisons de sécurité, à récupérer le charbon avec des engins dont la taille soit telle qu’elle mette le conducteur à l’abri des chutes du toit (ce qui semble être une évidence, mais qui va mieux en le disant)) ou, ce qui est préférable, à utiliser des engins téléguidés.

Par ailleurs le front de foudroyage est en général oblique par rapport aux deux directions des galeries.

Un pilier à torpiller se situe donc entre le foudroyage qui vient buter sur lui, une galerie affectée en partie par le foudroyage au droit du pilier à torpiller, suivant une ligne oblique par rapport à la direction de cette galerie, une galerie parallèle à la précédente non encore affectée par le foudroyage au droit du pilier et une galerie de direction orthogonale par rapport aux deux précédentes.

Le chargement du charbon abattu après torpillage du pilier s’effectue donc naturellement à partir du croisement des deux dernières galeries précédemment nommées.

Il peut être intéressant de fixer le front de foudroyage en fonction des linéaments de direction préférentielle existant dans le toit de façon à favoriser la chute de ce dernier ce qui impose les directions des galeries et ne sera donc pas toujours possible.

La méthode par piliers abandonnés a surtout été utilisée (en matière d’exploitation du charbon) lorsqu’il convenait, tout en récupérant une partie du charbon, de protéger soit les installations ou les constructions de la surface (de la mine ou des tiers) du fait de leur importance économique soit les principales infrastructures souterraines de la mine.

Dans les mines grisouteuses la méthode par chambres et piliers peut difficilement être utilisée, compte tenu du risque de présence de zones faiblement aérées du fait du maillage important de la mine.

Méthode par chambres et piliers allongés

Comme dans la méthode par chambres et piliers classiques les piliers peuvent être soit laissés en place soit récupérés

Cas des piliers laissés en place :

Relativement à la méthode classique par chambres et piliers, les galeries dans l’une des deux directions sont creusées à des distances les unes des autres très nettement supérieures à celles des galeries creusées dans l’autre direction, ce qui laisse subsister des piliers de section non plus carrée, mais rectangulaire et de longueur très nettement supérieure à leur largeur.

Cette méthode en évitant la multiplication des carrefours, qui constituent toujours des points délicats sur le plan de la tenue des terrains permet d’exploiter de cette façon des couches comportant des toits de moindre qualité que ceux autorisant une exploitation classique par chambres et piliers.

Cas des piliers récupérés :

Les piliers peuvent être récupérés à partir du schéma de découpage décrit précédemment, le front de foudroyage étant, comme pour la méthode classique de chambres et piliers, oblique par rapport aux galeries et suivant les mêmes principes qui ont été définis pour cette dernière.

Pour faciliter le taux de récupération, il est possible, voire souhaitable, de creuser une recoupe dans le pilier situé entre deux galeries successives, puis de torpiller le pilier restant entre cette recoupe et la zone foudroyée, ce qui nous ramène au cas de la méthode classique par chambres et piliers.

Cette méthode des piliers récupérés peut donner lieu à diverses variantes ; est décrit ci-après un type de découpage comportant trois séries de galeries : primaire, secondaires et tertiaires toutes tracées dans le charbon.

A partir d’une galerie primaire tracée dans le charbon sont creusées des galeries secondaires perpendiculairement à la galerie principale, soit d’un seul coté de cette dernière soit des deux cotés, très espacées les unes des autres et à partir de ces galeries secondaires des galeries tertiaires laissant subsister entre elles des piliers de faible largeur relativement à leur longueur (égale à celles des galeries tertiaires).

Ces galeries tertiaires peuvent être soit perpendiculaires aux galeries secondaires, soit creusées en oblique par rapport à ces galeries. Sur le plan de l’aérage, la galerie principale est en aérage primaire, les galeries secondaires et tertiaires sont en aérage secondaire.

Le foudroyage s’effectue suivant une ligne oblique par rapport à la direction des galeries secondaires, ces dernières étant elles mêmes foudroyées au fur et à mesure de l’avancement du foudroyage.

Lorsque les galeries tertiaires sont creusées en oblique par rapport aux secondaires leur direction se trouve être pratiquement perpendiculaire à la ligne de foudroyage ce qui constitue un avantage sur le plan de leur stabilité dans la zone proche du foudroyage (zone où s’exercent les pressions maximales).

En revanche, l’angle aigu existant entre les galeries secondaires et les galeries tertiaires est défavorable relativement à la bonne tenu des carrefours à l’intersection des deux types de galeries et augmente les risques de démarrage de feux dans les zones en forme de coin existant entre les deux types de galeries par suite d’une fragmentation du charbon dans cette zone et de circulation de circuits d’air parasite.

Cette méthode permet l’utilisation d’un soutènement classique lorsque la qualité du toit l’exige.

La récupération des piliers s’effectue par la mise en œuvre d’explosifs dans des trous de mines forés dans les parements des galeries.

Dans le cas où il est fait usage d’un soutènement classique celui-ci est d’abord enlevé à front de la galerie en cours de foudroyage soit à l’aide d’un palan, soit au treuil, sur une longueur qui permette à la fois la tenue du toit et le chargement des produits abattus avec le type d’engins de chargement utilisé.

Les trous de mines sont effectués à partir de la zone soutenue, en oblique par rapport à la direction de la galerie.

Dans cette méthode le taux de récupération des piliers est faible, néanmoins sa souplesse – le schéma de découpage pouvant aisément s’adapter à la forme du panneau - permet d’exploiter des panneaux de faible étendue et de formes irrégulières dans lesquels toute autre méthode pourrait plus difficilement être mise en œuvre.

Enfin cette méthode peut également être utilisée lorsque la couche a une puissance supérieure à la hauteur des galeries permise par le type de soutènement mis en œuvre ; le foudroyage des galeries – qui ont été creusées au mur de la couche - entraine la chute du charbon situé en couronne des galeries dont une partie peut ainsi être récupérée.

` METHODES D’EXPLOITATION DANS LES DRESSANTS ET SEMIS DRESSANTS DE FAIBLE PUISSANCE OU DE PUISSANCE MOYENNE

Nous décrivons ci-après deux méthodes classiques : celle par gradins renversés et remblayage et celle par tailles montantes remblayées, ainsi qu’une troisième, applicable dans des veines de puissance maximale n’excédant pas 3 mètres, qui s’exerce par soutirage du charbon entre deux galeries successives (horizontales ou inclinées) d’une série de galeries quadrillant le panneau à exploiter dans le sens vertical.

Méthode par gradins renversés et remblayage

Dans cette méthode le front de taille est constitué par une série de gradins entre la voie de tête et la voie de base.

Les gradins sont constitués à partir d’un montage de pente égale à celle du talus d’éboulement des matériaux utilisés pour le remblayage qui est mis en place gravitairement à partir de la voie de tête.

Chaque gradin se situe entre le toit et le mur de la couche ; il comporte un front vertical constitué par le charbon à abattre et une couronne de charbon (sauf pour le gradin supérieur qui débouche dans la voie de tête).

Pour éviter de perdre le triangle de charbon situé entre la limite du panneau à exploiter, le montage de démarrage et la voie de base, il est possible de creuser un montage en limite du panneau à exploiter, puis d’amorcer la formation des gradins à partir de la voie de base et de faire suivre le remblayage au fur et à mesure de l’avancement des gradins en l’amenant par la voie de tête et le montage initialement creusé en limite de panneau.

Dans le cas où la limite du panneau dans la voie de base est, par rapport au sens de progression de la taille, en avance sur la limite du panneau dans la voie de tête, la constitution des gradins commence bien évidemment par la voie de tête.

En fin d’exploitation, la suppression des gradins s’effectue soit par la voie de base si c’est le gradin le plus à l’aval qui butte le premier sur la limite de panneau, soit par la voie de tête dans le cas inverse.

Le remblayage peut être mis en place suivant une pente supérieure à celle du talus d’éboulement des matériaux utilisés, mais il faut alors les maintenir par un boisage approprié pour qu’ils ne viennent pas envahir les allées de travail ; par ailleurs dans ce cas le découvert dans la partie inférieure de la taille est important, ce qui peut poser des problèmes de tenue du toit, malgré le boisage en place.

Le soutènement des gradins s’effectue avec des éléments en bois, soit par serrage entre toit et mur, soit par appui du boisage d’un gradin sur le soutènement du gradin immédiatement inférieur.

Cette méthode peut être chassante ou rabattante.

Méthode par taille montante et remblayage hydraulique

Découpage du panneau et préparation de la taille

Le découpage du panneau à exploiter avant démarrage de la taille comporte :

- à partir du travers bancs recoupant approximativement en son milieu le panneau à exploiter à sa base, deux galeries creusées à la cote de la couronne du travers bancs jusqu’aux limites du panneau - à l’extrémité de chacune de ces galeries un montage qui relie chacune d’elles à un travers bancs recoupant le sommet du panneau à exploiter.

Chaque aile de la future taille est équipée d’un convoyeur blindé monté sur flotteurs destiné à évacuer le charbon abattu lors du dépilage des tranches successives dans le « tubing » constitué, au fur et à mesure de la progression de la taille, à l’aplomb du travers bancs de base du panneau (voir ci-après).

Abattage du charbon

L’abattage du charbon s’effectue pour chaque aile, à partir du « tubing » central en progressant vers le montage de retour d’air, à l’explosif, les trous de mine étant forés horizontalement, la hauteur de la tranche à exploiter pouvant atteindre de l’ordre de 5 mètres.

Pour augmenter la production, l’abattage du charbon peut aussi s’effectuer en créant à l’explosif plusieurs niches réparties régulièrement sur chaque aile dans la couronne de charbon.

Une fois réalisé le soutènement des cavités ainsi créées, l’abattage d’une tranche s’effectue à l’explosif, les trous de mine étant forés horizontalement, à partir de chacune des cavités.

Cette méthode présente néanmoins un certain nombre d’inconvénients :

- dans les mines grisouteuses les cavités créées constituent chacune un piège à grisou ; il est donc nécessaire de les aérer de manière artificielle à partir de l’aérage primaire. - le creusement de chacune des niches constitue une opération délicate sur le plan de la sécurité des personnes.

L’utilisation de haveuses se déplaçant sur le convoyeur blindé constitue une solution permettant d’augmenter la productivité de la méthode tout en garantissant au mieux le sécurité des personnes et en diminuant la pénibilité du travail.

Cette solution consiste à substituer, dans la première des deux méthodes précédemment décrites, à l’abattage à l’explosif, l’abattage à l‘aide d’une haveuse comportant un tambour muni de pics disposé à l’extrémité d’un bras orientable dont la longueur permet de conserver un front d’une hauteur égale à ce qu’il était dans la méthode par abattage à l’explosif.

Compte tenu des dimensions importantes de la haveuse, il est nécessaire de préparer à l’aplomb du tubing une chambre destinée à la recevoir , d’une part lors de son montage initial et, d’autre part, lors de son retour dans la zone du tubing après l’abattage d’une tranche.

Chaque aile de la taille étant équipée d’une haveuse, la chambre s’étend symétriquement de part et d’autre du tubing.

Remblayage

Dans la méthode décrite ici le remblayage est hydraulique.

Un mélange de sable et d’eau est constitué au jour puis a cheminé en taille par des tuyauteries qui empruntent in fine le montage de retour d’air.

Le sable se décante dans l’aile remblayée et l’eau est évacuée par le tubing central.

Les flotteurs sur lesquels est monté le convoyeur blindé sont animés d’un mouvement ascendant au fur et à mesure de la progression du remblayage.

Le remblayage est stoppé lorsqu’il existe un espace suffisant pour la circulation entre le convoyeur blindé et la couronne de charbon (de l’ordre de 2m).

METHODES D’EXPLOITATION DANS LES DRESSANTS ET SEMIS DRESSANTS DE FORTES PUISSANCES ET DE SECTIONS HORIZONTALES LENTICULAIRES

Exploitations par tranches horizontales

Points communs à l’ensemble des méthodes

Deux grandes catégories de méthodes sont utilisées : descendante ou montante.

L’aérage en couche peut être soit primaire, soit secondaire

Dans le cas où l’aérage en couche est un aérage primaire, que la méthode soit descendante ou montante, est creusée à chacune des extrémités du panneau à exploiter, un plan incliné dans les terrains situés au mur de la couche (donc au rocher) parallèlement à ce mur ; l’un de ces plans servira d’entrée d’air, l’autre de retour d’air.

La pente de ces plans ne pouvant être dans la majorité des cas, s’agissant de l’exploitation de gisements fortement pentés, égale à la pente du gisement, il est souvent nécessaire de creuser des plans successifs dont la direction est alternativement dextre ou senestre par rapport à la direction de la plus grande pente du gisement, si l’on ne veut pas sortir de la zone d’épure du panneau à exploiter.

Dans le cas où le déblocage des produits s’effectue avec des dumpers, les plans inclinés sont creusés en colimaçon.

A partir des plans sont creusées des entrées en couche qui viennent recouper cette dernière, puis ces deux entrées sont reliées par une galerie en couche.

A partir de la galerie en couche sont conduites perpendiculairement à cette dernière une ou plusieurs galeries en cul de sac (donc en aérage secondaire), dénommées recoupes qui viennent butter, d’un coté de la galerie principale sur le mur et de l’autre sur le toit.

Ces galeries servent de départ à de petites tailles « taillettes » qui progressent perpendiculairement à la galerie principale.

Les extrémités de ces tailles suivent les traces horizontales d’une part du toit, d’autre part du mur ; leurs longueurs varient donc dans les couches irrégulières en forme de lentilles.

Dans le cas ou l’aérage en couche est un aérage secondaire le panneau à exploiter l’est à partir d’une seule série plans inclinés ; l’exploitation s’effectue entièrement en aérage secondaire à partir de ces plans inclinés suivant les mêmes modalités qu’indiquées ci-dessus.

Ces plans inclinés peuvent être creusés sensiblement au centre du panneau à exploiter ; la galerie en couche comprend alors deux ailes situées de part et d’autre de la galerie d’accès en couche.

L’exploitation en aérage secondaire présente deux avantages : d’une part ce dernier diminue les risques de feu et, d’autre part, il permet d’exploiter des panneaux de petites dimensions sans coût prohibitif lié à la présence de deux séries de plans inclinés au rocher.

En revanche, ce schéma d’exploitation en cul de sac sur des longueurs importantes n’est pas toléré par toutes les règlementations nationales et ne peut donc être admis que sous couvert d’une dérogation qui aura d’autant plus de chance d’être accordée par les autorités gouvernementales que si les avantages (diminution des risques de feux notamment) surpassent l’inconvénient du travail en cul de sac (grisou pour les mines grisouteuses ; absence de deux issues de secours comme dans le cas d’une exploitation classique).

Rien n’interdit de creuser les plans inclinés en couche en maintenant des stots de protection de part et d’autre de ces plans, le risque étant, outre celui de mauvaise tenue de ces ouvrages liée pressions de terrains induites par l’exploitation, celui des risques de feu dans ces stots par circulation d’air parasite dans les fissures crées dans le charbon par ces pressions.

Méthodes descendantes

En général cette méthode s’effectue par foudroyage.

La première tranche est conduite sous une exploitation effectuée par remblayage (voir plus loin) soit que celle-ci soit ancienne, soit qu’elle ait été conduite sur un nombre suffisant de tranches avant la mise en œuvre de l’exploitation descendante pour pallier les effets dynamiques liés aux premiers foudroyages, le remblai des tranches sus-jacentes remblayées servant à amortir ces effets.

Lors du dépilage de la première tranche, est constitué un tapis résistant destiné à retenir les produits foudroyés et qui servira de couronne lors du dépilage de la tranche suivante et des autres tranches.

Ce tapis peut être constitué par des lais de grillage placés lors du dépilage de chacune des allées de taille, en couronne ou au sol (suivant ce qui s‘avère le plus pratique) soigneusement reliés entre eux et aux lais de l’allée précédente par exemple par de la corde nylon, des nœuds étant pratiqués .

Dans le cas d’une exploitation en aérage primaire, plusieurs tranches peuvent être conduites de concert par enfoncements successifs de la galerie principale ; la coupe verticale de l’exploitation en cours se présentant alors sous forme de gradins.

Dans le cas d’une exploitation en cul de sac à partir d’une seule série de plans au rocher une seule paire de taille est en générale conduite à partir de chacune des ailes de la galerie principale.

Pour augmenter la production il est possible de recourir à la méthode du soutirage.

Dans ce cas il est laissé entre deux tranches successives un stot de charbon dont l’épaisseur peut varier d’une ou deux hauteurs de tranche normale voire plus.

Un tapis, tel celui dont il est fait état ci-dessus est constitué en couronne au fur et à mesure de l’avancement des tailles ; il permet, comme dans la méthode de soutirage pratiqué à partir de tailles au pendage, de maîtriser le soutirage du charbon.

Le soutènement des tailles peut être d’un type classique (étançons à friction ou hydrauliques) mais il sera le plus souvent du type marchant et, dans le cas de la méthode par soutirage il comportera une prolonge arrière (banane) sous laquelle sera installé un convoyeur blindé destiné à évacuer le charbon soutiré.

Méthode montante

Dans cette méthode, un panneau est exploité depuis sa base à partir d’une succession de tranches remblayées , le boisage de la tranche n+1 prenant appui sur celui de la tranche n ou sur le remblayage de cette dernière si celui-ci est suffisamment « clavé ». Le remblayage peut être effectué soit à l’aide d’engins type travaux publics soit hydrauliquement, soit pneumatiquement en prenant les mesures adéquates pour luter contre les poussières susceptibles d’être générées par cette méthode.