Brevet FR2006536A1 — publié le 19691226

La présente invention est relative a un procede de consolida- tion d'une couche de charbon tendant à s'ébouler ou de formations rocheuses désagrégées, au moyen de matériaux capables de prendre un état aggloméré solide, de préférence par injection sous pression d'une résine synthétique durcissable dans des trous de sonde forés dans la roche ou dans le charbon. Le soutènement des excavations souterraines est rendu, on le sait, extraordinairement difficile par le fait que leurs parois, par exemple les parements, la sole et le toit, se désagrègent en un temps relativement court après la mise en exploitation sous 1'influence des agents atmosphriques et, en particulier, de l'humai dité de l'air entraînée avec le courant d'aérage. Il en résulte que la résistance de la roche est affaiblie ou même devient nulle et, en outre, que des éclats se détachent et tombent, et que l'en- tretien courant de l'exploitation entrain des dépenses considéra- bles. Il est connu de cimenter les couches en surplomb dans les galeries au fond par injection sous pression de résine synthétique suivant le procédé dit "dimprégnation des parements" et d'éviter ainsi le dangereux détachement d'éclats à partir des couches en surplomb. Dans ce procédé, on injecte sous pression des mélanges de résines synthétiques durcissables à froid, généralement sous la forme de mélanges binaires comprenant la résine-synthétique proprement dite et un durcisseur, au moyen d'une dépression provoquée par des influences extérieures et, par exemple, au moyen d'une pompe haute-pression, dans les cavités de la masse rocheuse ou du charbon.L'un des inconvénients de ce procédé réside en ce qu'un dispositif extrêmement coûteux est nécessaire pour l'injection sous pression élevée de l'agent de consolidation. Un autre incon vénient, plus grave, réside en ce que, lors d'interruptions de l'- exploitation provoquées par des dérangements, la réaction risque de s'amorcer dès la chambre de mélange, dans les tuyaux d'admis- sion aboutissant aux trous de sonde ou dans ces derniers eux-mêmes. En outre, dans le cas de défauts de pièces de machine ou de tuyaux, le mélange de résines synthétiques s'échappant sous pression peut indisposer le personnel. D'autres inconvénients de cette méthode de travail résident en ce qu'après l'injection sous pression du mélange, au moment où l'on retire la sonde d'imprégnation, une partie du mélange de résines synthétiques peut ressortir du trou de sonde avant l'obturation de celui-ci au moyen d'un bouchon. En outre, le volume de cavités rempli ne dépasse pas celui de la quan- tité de mélange injectée. On connaît également un procédé dans lequel, pour empêcher une auto-inflammation de la houille et pour lutter contre les feux de mine, on introduit dans les cavités souterraines, au moyen d'un dispositif de pulvérisation, une mousse pulvérisable constituée par une matière plastique durcissable gonflée en mousse et par des agents tensio-actifs très moussants aJoutés à cette matière plastique. Comme matière plastique, on utilise surtout des d'urée dissoutes dans de l'eau. On connais par ailleurs un procédé dans lequel, pour remplir les espaces vides communiquant avec les galeries de mines au moyen d'un matériau pouvant prendre un état aggloméré solide, on refoule dans les cavités un matériau gonflable qui est gonfle dans ces ca vits avant son durcissement, Jusqu'à ce qu'il ait épousé les formes des sections droites des cavités. Il est connu que les mousses de polyuréthane conviennent comme matériau de ce type. Dans ce procédé connu, il s'agit exclusivement d'empocher l'accumulation de méthane et de grisou dans des cavités incontrôlées et d'exclure de cette manière un danger caché pour la sécurité de la mine.Une consolidation d'une couche de charbon tendant à s'ébouler ou de la roche de parois n'a jamais été envisagée dans ce procède connu. L'invention vise notamment à éviter les inconvénients qui resultent de la consolidation suivant le procédé d'imprégnation des parements par injection de résine synhétique sous pression élevée. A cet effet, suivant l'invention, un mélange de résines synthétiques fluide qui, après un certain temps, mousse et durcit, est introduit avant moussage dans des trous de sonde préparés à l'avan- ce, de préférence dans des trous de sonde inclinées vers le bas o de préférence sans utilisation d'une pression extérieure plus élevée, après quoi les trous de sonde sont obturés de façon étanche. Suivant l'invention, des mélanges de résines synthétiqu.s durcissables à froid qu'on peut faire mousser, d'une manière connue en soi, par addition agents appropriés, sont introduits, alors qu'ils sont encore en phase liquide et sans intervention de pression, c'est-à-dire de façon qu'ils s'écoulent uniquement sous l'influence de la pesanteur, dans des trous de sonde inclines vers le bas, après quoi les orifices de ces trous de sonde sont obturés immédiatement et définitivement.La pression de gonflage qui apparatt lors de la réaction ultérieure du mélange de résines synthé zutiques refoule la mousse qui se forme et qui, au début, est encore à l'état fluide, dans les cavités de la masse rocheuse à consolider entourant le trou de sonde, cavités dans lesquelles la mousse se solidifie. De cette manière, les fragments de roche séparés par les cavités sont cimentés et les roches à gros pores ou affaiblies par des fissures capillaires et qui, de ce fait, présentent une faible résistance, sont renforcées par l'effet d'imprégnation. Bien que la pression de gonflage de quelques atmosphères soit faible par rapport à la pression dtinjection créée par une pompe à haute pression, qui peu;t atteindre plusieurs centaines d'atmosphè- res dans le procédé connu, cette pression de gonflage suffit du fait qu'elle est créée in situ et du fait qu'elle est constamment renouvelée pendant la réaction. Lorsqu'on utilise une pression extérieure, au contraire, les pertes dans les fissures de la roche qui, en partant du trou de sonde, présentent des ramifications multiples, croissent plus que proportionnellement de sorte que la pression résiduelle qui subsiste dans les dernières ramifications, m8me avec des pressions initiales très élevées, peut finir par tendre vers zéro.La pression de gonflage, par contre, subsiste tant que la masse mousseuse continue à réagir et reste fluide, m6- me dans les dernières ramifications, au niveau qui s'établit au début du moussage. De cette manière, meme les petites fissures qui se trouvent à une certaine distance du trou de sonde sont bien remplies alors que, dans le cas d'une injection sous l'action d'une pression extérieure, en raison de la réduction de pression dontinue à mesure qu'on s'éloigne du trou de sonde, aucune parcelle de la masse injectée ne pourrait parvenir dans ces fissures. La résistance moindre inhérente à la résine synthétique gonflée en mousse et durcie, par rapport à celle d'une résine synthétique homogène, est ainsi largement compensée par la meilleure pénétration dans la roche. En outre, dans des cas déterminés, par exemple lors de l'abattage de charbon ainsi consolidé, la résistance propre plus faible de la mousse de résine synthétique peut être avantageuse. Des trous de sonde horizontaux-ou s'étendant vers le haut sont également remplis au moyen du mélange de résines synthétiques, celui-ci étant vidé avant le mous sage dans les trous de sonde, de préférence sous basse pression à partir d'un réservoir d'air. Dans ce cas, de l'air comprimé est introduit dans le récipient après le versement du mélange. En outre, des barres de traction, de préférence en vois, peuvent être insérées dans les trous de sonde partiellement remplis du mélange de résines synthétiques. Après le durcissement r ta résine synthétique, ces barres se comportent à la manière de buscs de corset, comme une armature de traction, et réduisent en mUme temps la quantité de résine nécessaire du fait qu'elles templis- sent la majeure partie du trou de sonde. L'obturation des trous de sonde, après le remplissage avec le mélange de résines synthétiques, s'effectue@au moyen de bouchons ou encore d'air comprimé, d'eau sous pression, ou d'un élément étanchéification du trou de sonde élargissable à l'aide d d'un tire- fond. Pour que ces éléments d'étanchéification puissent etre aisement récupérés, ils sont munis, suivant l'invention, avant leur insertion dans le trou de sonde, d'une enveloppe protectri@@ qui reste à demeure dans le trou de sonde. Comme agent de consolidation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on utilise avantageusement les mousses de polyuréthane qui sont fabriquées, d'une manière connue er partir d'un composé hydroxylé à poids moléculaire élevé (poly@l- cool), d'un composé à base de diisocyanate et d'eau. Par combinai- son et dosage appropriés des produits de départ, on dispose d'une large gamme, pour les diverses applications, en ce qui concerne les propriétés des mousses. En particulier, cette latitude permet d'obtenir des mousses molles ou dures, élastiques ou cassantes, durcissant dans 'le temps court désiré mais assurant encore moins un temps suffisant pour la préparation et le versement du mélange avant le moussage.Une addition d'huile de ricin. à de 1/10 à 1/5 de la quantité totale de produits de dépars est averée particulièrement avantageuse. Il est en outre avantageux, pour assurer le dosage précis des produits de départ qui n'est pas toujours possible dans les après conditions de travail de l'exploitation minière et qui est pourtant nécessaire à l'obtention des mousses voulues dans chaque cas particulier, de préparer à ltavance deux mélanges de parties ne réagissant pas entre elles des trois s ou quatre constituants et da ne les mélanger entre eux qu'au point d'utilisation-pour amorcer la réaction; D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un trou de sonde foré dans une masse rocheuse, juste avant son remplissage avec le mélange de résines synthétiques; - la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale du trou de sonde obturé après déclenchement du mous sage du mélange de résines synthétiques; - la Fig. 3 est une représentation agrandie en.coupe longitudinale dwune fissure dtune masse rocheuse; - la Fig. 4 représente schématiquement en coupe longitudinalel'utilisation du procédé suivant l'invention à partir de la voie de tête; - la Fig. 5 représente schématiquement en coupe longitudinale l'utilisation du procédé suivant l'invention sur les parements de galeries ou dans des tailles;; - les Fig. 6 et 7 représentent en coupe longitudinale des dispositifs de mélange des produits de départ; - la Fig. 8 représente en coupe longitudinale un dispositif spécial d'obturation des trous de sonde. Le trou de sonde 1 représenté sur la Fig0 1 est rempli à moitié d'un mélange de résines synthétiques liquide 2. Après ce remplissage, le trou de sonde, comme représenté sur la Fig. 2, est obturé au moyen d'un bouchon 3 qui peut être enfoncé à force ou collé au moyen d'un adhésif constitué par une résine synthétique réagissant rapidement. Auparavant, on peut insérer par exemple une barre en bois 4 qui remplit la majeure partie du volume du trou de sonde et qui se comporte comme une armature de traction à la manière d'un busc de corset.La masse 5 qui, après la ré.action du mélange 2, mousse mais est encore fluide, remplit tout d'sabord le reste de l'intérieur du trou de sonde puis pénètre dans les cavités 6 de la masse rocheuse 7 entourant le trou de sonde, sous 1'- action de la pression de gonflage qui apparat, cependant que le moussage produit en meme temps une augmentation de volume de la masse 5. De cette manière, les fragments de roche 8 sont liés entre eux et cimentés tandis que, dans le cas de roches à gros pores de faible résistance., un effet d'imprégnation est en même temps obtenu, du fait que la résine synthétique mousseuse, comme représenté sur la Fig. 3, pénètre dans les gros pores ou - dans les fissures capillaires 9 à partir des cavités 6. La Fig. 4 représente en coupe l'exécution de trous de sonde dans une couche de charbon, à partir de la voie de tette. Dans les veines exploitées en dressant, il existe souvent un risque d'éboulement du charbon. De même, dans les exploitations de mine avec abattage par tailles montantes ou rabattantes, le charbon s'éboule et met en grand danger l'équipement installé dans la voie de t8te ainsi que les mineurs qui y travaillent. Après forage des trous d sonde 1 et remplissage des cavités 6 avec la résine synthétique gonflée en mousse, l'intérieur de la voie de tête est efficacêment protégé.La Fig. 5 montre, en coupe, comment les parements de galeries ou les fronts de taille sont soutenus avant la progression (par exemple sur les plans de clivage) en remplissant des trous de sonde inclinés 1, de la manière-représentée, avec le mélange de résines synthétiques 2, de manière à consolider la roche ou le min néral environnant par la résine synthétique gonflée en mousse. Bien -entendu, les exemples mentionnés n'épuisent pas toutes les possibilités du procédé suivant l'invention. Par exemple, lea matières plastiques moussantes peuvent également être injectées sous pression de la manière usuelle dans les trous de sonde, la pression de gonflage intérieure agissant dans ce cas en tant qu'auxiliaire supplémentaire d'injection sous pression après lachèw vement du processus d'injection extérieur, pour assurer une meilleure pénétration encore dans la roche désagrégée. Les Fig0 6 et 7 représentent schématiquement une combinaison possible d'éléments séparés en un dispositif de préparation A lange de résines synthétiques. Ce dispositif est constitué par deux récipients 10 et 11 de même grandeur, dont la capacité torrss- pond aux rapports de mélange du composé à base de diisocyanate et du mélange préparé à l'avance à partir d'un composé hydroxylé à poids moléculaire élevé et d'eau ou d'huile de ricin. Au moyen des niveaux gradués en verre 12 et des robinets d'écoulement 13, on peut verser les quantités désirées dans la cuve de mélange 15 munie d'un simple agitateur mécanique 14, préparer le mélange final encore liquide dans le temps court voulu et verser ce mélange, avant le début du moussage, manuellement, dans les trous de sonde préparés à l'avance. La Fig. 8 représente en coupe un agencement spécial permet tant l'obturation des trous de sonde. Le dispositif comprend un Q- lément d'étanchéification 17 connu en soi, élargissable à laide d'une sorte de tire-fond 16 et au moyen duquel'on obtient une obturation efficace du trou de sonde. Pour pouvoir retirer l'obtura- teur après durcissement de la. mousse et pouvoir, par conséquent, le réutiliser indéfiniment, l'élément d'étanchéification 17 est inséré dans le trou de sonde avec une gaine de protection élastique 18 qui, après solidification de la mousse, est abandonnée dans le trou de sonde. De cette manière, on évite une adhérence indésirable de l'élément 17 proprement dit dans le trou de sonde. On va maintenant décrire brièvement un exemple de mise en oeuvre pratique du procédé suivant 1 'invention Dans une veine de charbon tendant à s'ébouler, on verse dans dix trous de sonde inclinés vers le bas, dtpne longueur de douze mètres chacun, forés dans la taille en dressant à des intervalles de 2 à 3 mètres, un mélange de résines. Ce mélange comprend 100 parties en poids d'un composé à base de diisocyanate (Baymidur K 88 fabriqué par la Société Bayer AG), 100 parties en poids dtun polyalcool (Baygol K 55 fabriqué par la Société Bayer AG), 30 parties en poids d'huile de ricin et 1,5 partie en poids d'eau. Ce mélange commence à mousser dix minutes après sa préparation. Après versement de la résine non encore gonflée en mousse, les trous de sonde sont immédiatement obturés avec un coin en bois fortement enfoncé de façon qu'aucune particule de la mousse qui se forme après obturation dans le trou de sonde ne puisse stéchapper. Un contrôle effectué après dix heures permet -de constater une consolidation parfaite du charbon entre les trous de sonde, consolidation suffisante pour que le charbon ne s'éboule plus. - REVENDICATIONS. 1 - Procédé de consolidation d'une couche de charbon @endant à s'ébouler ou de formations rocheuses désagrégées, au m@ve @a- tériaux capables de prendre un état aggloméré solide, de préféren- ce par injection sous pression d'une résine synthétique durcissa- ble dans des trous de sonde forés dans la roche ou dans @@ char@@n, caractérisé en ce qu'un mélange de résines synthétiques fluide qui, après un certain temps mousse et durcit, e-st introduit avant mous- sage dans des trous de sonde préparés à l'avance, de pré@@ @@@@ dans des trous de sonde inclinés vers le bas et de préférence an8 utilisation d'une pression extérieure plus élevée, après @ @ @ @ trous de sonde sont obturés de façon étanche. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé des trous de sonde horizontaux ou St étendant vers le haut sont é- galement remplis au moyen du mélange de résines synthétiques, ce- lui-ci étant vidé dans les trous de sonde avant le moussa - préférence sous basse pression, à partir d'un réservoir d'ai 3 - Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en.m ee que des barres de traction, de préférence en bois, sort dans les trous de sonde partiellement remplis avec le mél - - résines synthétiques, avant leur obturation étanche. 4 - Dispositif pour la mise en couvre du procédé suiv@@@ les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des éléments @ @@@@- chéification de trous de sonde, élargissables et récupérables@ sont munis, avant leur. insertion dans le trou de sonde, C - loppe protectrice qui reste définitivement dans le trou de sonde.