Brevet FR2358346A1 — publié le 19780210

L'invention est relative, d'une manière générale à des procédés et à des installations pour transporter des matières solides par voie hydraulique et, plus particulièrement mais non limitativement, à des procédés et à des installations pour former une boue, à partir de matières solides réduites en particules et de liquide porteur, et pour transporter cette boue à travers une conduite. Pour l'exploitation minière et pour le transport de matières minérales telles que de la houille aussi bien que pour d'autres applications où il s'agit de transporter des matières solides jusqu'à un emplacement éloigné on a mis au point et utilisé avec succès le transport hydraulique, consistant à transformer les matières solides en une boue et à refouler cette boue à l'aide d'une pompe à travers une conduite. D'une manière générale de telles installations hydrauliques de transport de matieres solides comprennent une cuve de mélange dans laquelle les matières solides à transporter, après avoir été broyées jusqu'à la dimension désirée, sont introduites et mélangées dans un courant de liquide porteur pour former une boue susceptible autre transportée par une pompe. A partir de la cuve, ce pompage s'effectue d'une manière continue, par l'intermédiaire d'une conduite, jusqu'à un emplacement éloigné. D'une façon générale, jusqu'à présent, le débit d'écoulement de la boue refoulée à travers la conduite, ainsi que la concentration en matières solides de la boue ou bien n'ont pas été réglés, ou bien ont été réglés manuellement,ou d'une manière partiellement automatisée, et on s'est heurté à des difficultés pour des concentrations de matières solides trop elevées ou des débits d'écoulement trop faibles de la boue à 11 intérieur de la conduite, du fait que dans l'un ou l'autre cas les matières solides peuvent se séparer du liquide porteur et se déposer dans la conduite. Pour obvier à ces difficultés, les installations antérieurement connues ont été utilisées souvent avec des débits d'écoulement de boues excessifs, ce qui se traduisait par de mauvais rendements. Pour le transport hydraulique de matières minérales, telles que de la houille, depuis le front d'abattage d'une mine jusqu'à un lieu de destination situé à l'intérieur ou à l'extérieur de la mine, les problèmes inhérents au réglage de la concentration en matières solides et à la vitesse de la boue à l'intérieur de la conduite de transport ont posé de graves difficultés. Du fait que les machines d'extraction qui enlèvent la houille du front d'abattage d'une mine ne produisent pas un débit constant de houille, lorsque celle-ci est broyée et introduite dans un puisard ou bassin où est formé une boue de houille et de liquide porteur, la concentration en houille de la boue varie dans une large étendue, souvent de O à plus de 50% en volume.Jusqu'à présent on réglait manuellement le débit du liquide porteur mélangé à la houille broyée pour former la boue et on modifiait le débit d'écoulement de la boue à travers la conduite qui la transporte jusqu'à un emplacement éloigné, ce qui entratnait souvent des difficultés se traduisant par l'obstruction de la conduite par suite de concentrations de matières solides trop élevées ou de débits d'écoulement trop faibles de la boue. L'invention fournit des procédés et des installations pour former une boue composée de liquide porteur et de matières solides réduites en particules et pour transporter cette boue à travers une conduite, qui évitent les inconvénients résultant d'un réglage incorrect de la concentration en matières solides et du débit d'écoulement de la boue à travers la conduite de transport. L'invention a pour objet un procédé, pour former une boue composée de matières solides réduites en particules et d'un liquide porteur et pour transporter cette boue à travers une conduite, qui consiste à assurer un courant continu de liquide porteur dans un bassin selon un débit tel que, lorsqu'un débit maximal de matières solides réduites en particules à transporter est mélangé à ce liquide, on obtienne une boue susceptible d'être transportée par une pompe, à introduire dans ce bassin les matières solides réduites en particules à transporter pour y former la boue désirée, à pomper cette boue hors du bassin et à la refouler à travers la conduite et à faire varier le débit d'écoulement du liquide porteur arrivant dans le bassin d'une façon inversement proportionnelle aux variations du débit d'écoulement des matières solides réduites en particules qui y sont introduites de manière que la vitesse à laquelle se forme la boue dans le bassin soit maintenue essentiellement égale au débit d'écoulement de la boue extraite du bassin par la pompe. L'invention prévoit également des systèmes d'appareillages pour la mise en oeuvre des procédés conformes à l'invention. Un but général de l'invention est donc de fournir des procédés et des installations perfectionnés pour transporter des matières solides par voie hydraulique. Un autre but de l'invention est de fournir des procédés et des installations p;erfectionnés, pour former une boue, constituée de matières solides réduites en particules et d'un liquide porteur, et pour transporter cette boue à travers une conduite, dans lesquels les variations de débit d'écoulement des matières solides sont automatiquement compensées et dans lesquels le débit d'écoulement de la boue transportée est maintenu essentiellement constant. Un autre but de l'invention est de fournir des procédés et des installations perfectionnés, pour former une boue constituée de matières solides réduites en particules et d'un liquide porteur et pour transporter cette boue à travers une conduite, dans lesquels la concentration des matières solides dans la boue est automatiquement réglée à une valeur essentiellement constante. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparattront aux spécialistes de ces questions à la lecture de la description de certains de ses modes de réalisation préférentiels, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, qui en sera faite ci-après, en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement une installation susceptible d'être utilisée pour la mise en oeuvre des procédés conformes à l'invention et - la figure 2 représente schématiquement une variante d'une telle installation. les procédés et les installations objets de l'invention s'utilisent avantageusement dans toutes les applications où l'on désire transporter des matières solides réduites en particules en les mettant en suspension dans un liquide porteur et en faisant circuler, à l'aide d'une pompe, a boue obtenue à travers une canalisation ou une conduite. Toutefois l'invention convient particulièrement bien, dans l'extraction de la houille ou d'autres minéraux, au transport en continu, 80US forme de boue, des minéraux qui viennent d'etre abattus, depuis l'emplacement, situé à l'intérieur de la mine d'une machine d'extraction, jusqu'à un lieu de destination ou terminal situé soit à l'intérieur, soit à-l'extérieur de la mine. Dans l'exploitation minière classique, les minéraux abattus sont en général transportés depuis le front de taille de la mine jusqu'à une installation transporteuse qui transporte les miné- raux à l'extérieur de la mine. Autrement dit les minéraux sont déposés par une machine d'extraction dans des wagonnets faisant la navette ou dans des appareillages analogues qui transportent les minéraux sur une courte distance jusqu'à un convoyeur à courroie sans fin ou un convoyeur analogue d'où les minéraux sont transportés ensuite jusqu'à un système de wagonnets circulant sur une voie principale ou à un système principal de convoyeur.Du fait que de tels systèmes exigent de charger et de décharger mécaniquement plusieurs fois les minéraux extraits avant que ceux-ci atteignent le lieu de destination prévu, ils ne peuvent s'adapter à la production des machines d'extraction continue modernes et, dans ces conditions ces machines ne peuvent fonctionner avec leur rendement maximal. Récemment on a mis au point et utilisé avec succès des installations qui transportent par voie hydraulique les minéraux extraits depuis l'emplacement de la machine d'extraction jusqu'à un emplacement où ces minéraux sont soumis à un traitement ultérieur à l'intérieur de la mine ou jusqu'à un lieu de destination situé à l'extérieur de la mine. D'une manière générale, ces installations hydrauliques comprennent un appareillage pour la préparation et pour le pompage de la boue situé à l'emplacement de la machine d'extraction ou à proximité de cet emplacement. Elles comprennent en général une machine de broyage qui a pour fonction de réduire en particules les matières solides brutes jusqu'à des dimensions de particules telles que celles-ci puissent être mises en suspension dans un liquide porteur.Les minéraux réduits en particules sont introduits dans une cuve de mélange dans laquelle les particules sont mélangées à un courant de liquide porteur et d'où la boue formée est enlevée, à l'aide d'une pompe, à travers une conduite, qui peut astre constituée par un tuyau flexible, et amenée à un lieu de destination où les minéraux en suspension sont séparés du liquide porteur, lequel est remis en circulation de nouveau. Jusqu'à présent de telles installations de transport hydraulique ont été commandées manuellement e'est-h-dire que les débits d'écoulement du liquide porteur et la qualité de la boue formée ont été commandés manuellement. L'invention fournit des procédés et des installations perfectionnés pour former une boue, constituée par des matières solides réduites en particules et par un liquide porteur, et pour transporter cette boue à travers une conduite, dans lesquels la concentration en matières solides et le débit de la boue à travers la conduite sont commandées automatiquement ou semi-automatiquementO L'installation conforme à l'invention représentée schématiquement sur la figure 1 et désignée dans son ensemble par la référence numérique 10 comprend un broyeur 12 qui reçoit les matières solides brutes d'une source de telles matières, par exemple d'une machine d'extraction continue, et réduit ces matières solides brutes en particules de dimensions telles quelles puissent entre mises en suspension dans un liquide porteur, c'est-à-dire que les particules de dimensions maximales produites puissent former avec ce liquide une boue susceptible d'être entraînée par une pompe. Du broyeur 12 les matières solides réduites en particules sont transportées par un convoyeur 15 à un bassin de formation de boue 14. Une conduite 16, destinée à amener un courant de liquide porteur dans le bassin 14, est raccordéeà ce bassin et à une source de liquide porteur qui, dans les applications minières, est habituellement constitueepar le liquide porteur renvoyé à partir du lieu de destination des matières solides où celles-ci sont séparées de la boue transporteuse. Une conduite 18 destinée à enlever la boue constituée de matières solides réduites en particules et de liquide porteur et formée dans le bassin 14 est raccordée à ce bassin et au raccord d'aspiration d'une pompe à boue 20.Une conduite 22 est raccordée au raccord de refoulement de la pompe 20 pour transporter la boue à son lieu de destination éloigné et sur cette conduite 22 est monté un débit-mètre à liquide 24 pour mesurer le débit d'écoulement de la boue qui y circule. le débit-mètre 24 est accouplé à un régulateur de débit classique 26 qui à son tour est accouplé, à un régulateur de vitesse 19 associé à la pompe 20. Une soupape de commande d'écoulement 28 est disposée sur la conduite 16 et est accouplée à un ensemble régulateur de niveau de liquide 30 qui peut entre de n'importe quel type classique et comporte un dispositif capteur de niveau classique 29, associé au bassin à boue 14 ; ce dispositif capteur engendre un signal de commande fonction de l'élévation ou de l'abaissement du niveau de liquide à l'intérieur du bassin 14. Un régulateur de niveau 31 reçoit le signal de commande émis par le dispositif 29 et engendre un signal de commande, inversement proportionnel au précédent, qui actionne la soupape de commande 28. L'installation 10 fonctionne de la manière suivante. Comme on l'a mentionné ci-dessus, l'installation 10 peut être utilisée pour un certain nombre d'application diverses dans lesquelles des matières solides doivent être transportées sous forme de boue et'lorsqu'il est souhaitable que le débit d'écoulement de la boue transportée demeure à peu près constant. Lorsque l'installation- 10 est utilisée pour des opérations d'exploitation minière dans lesquelles on emploie une machine d'extraction continue, le broyeur 12, le bassin à boue 14 et la pompe à boue 20 peuvent être disposés en un emplacement fixe à proximité de la machine d'extraction, mais sont de préférence montés sur un véhicule mobile qui se déplace avec la machine d'extraction.Dans ce cas le broyeur 12 est placé de telle manière que les matières solides brutes produites par la machine d'extraction soient déposées directement dans le broyeur et les conduites 16 et 22 sont , au moins partiellement, formées de canalisations flexibles, de manière que l'appareillage puisse se déplacer librement avec la machine d'extraction. Un courant continu de liquide porteur est amené par la conduite 16 dans le bassin 14 et des matières solides réduites en particules provenant du broyeur 12 sont introduites dans le bassin 14 à l'aide du convoyeur 15. Il est évident que le débit d'écoulement des matières solides transportées dans le bassin 14 varie considérablement en fonction de divers facteurs affectant le fonctionnement de la machine d'extraction, tels que les variations de dureté de la roche extraite. Le bassin 14 présente des dimensions et une forme telles que les matières solides qui y sont introduites soient mélangées avec le courant de liquide porteur pour former une boue susceptible d'trie mise en circulation par une pompe. La boue formée est entraînée, d'une manière continue, hors du bassin 14 à travers la conduite 18 et est refoulée par la pompe 20 à travers la conduite de transport 22. L'ensemble régulateur de niveau 30 contrôle l'élévation et l'abaissement du niveau du liquide dans le bassin 14 et produit un signal de commande, inversement proportionnel à ces variations de ce niveau, qui ouvre davantage la soupape 28 prévue sur la conduite 16 lorsque le niveau descend et le ferme davantage lorsque le niveau monte. Il est évident que le débit du courant de liquide porteur traversant le bassin 14 gracie aux conduites 16 et 18 est réglé initialement au moyen du régulateur 26 de telle manière que lorsque le débit maximal de matières solides réduites en particules est mélangé avec le liquide porteur, on obtienne une boue que 1' on puisse pomper et présente une concentration en matières solides et un débit à travers la conduite 22 tels que les matières solides ne se déposent pas dans la conduite 22.Une fois le régulateur 26 réglé à cette valeur de débit d'écoulement, les variations d'écoulement des matières solides réduites en particules introduites dans le bassin 14 sont automatiquement-compensées par l'installation 10 sans que le débit d'écoulement de la boue envoyée par la pompe à travers la conduite 22 soit modifié.Autrement dit, lorsque le débit de matières solides réduites en particules transportées du broyeur 12 au bassin~14 est réduit ou arrêté, l'ensemble régulateur de niveau 30 détecte un abaissement de niveau dans le bassin 14 et ouvre la soupape 28 d'une manière correspondante, ce qui augmente le débit de liquide porteur arrivant au bassin 14 et maintient essentiellement constant le niveau dans ce bassin tout en maintenant égale au débit de boue enlevé par la pompe 20 la quantité de boue formée dans ce bassin par unité de temps.Lorsque le débit de matières solides réduites en particules amenées dans le bassin 14 augmente, le régulateur de niveau 30 détecte une élévation de niveau dans le bassin 14 et ferme la soupape 28 dans une mesure telle que le débit d'écoulement de liquide porteur introduit dans le bassin 14 soit réduit et que le niveau de liquide dans ce bassin soit maintenu essentiellement constant. La pompe 20 peut eatre placée à l'emplacement du bassin à boue 14 ou entre disposée de nombreuses autres manières différentes. Par exemple, dans les applications minières, la pompe 20 peut être placée au lieu de destination à l'intérieur de la mine, une pompe complémentaire étant placée à l'emplacement du bassin à boue 14 et du broyeur 12. la variante dtinstallation, représentée schématiquement sur la figure 2 et désignée dans son ensemble par la référence numérique 40, est analogue à ltinstallation 10 de la figure 1 et comprend un accumulateur de matières solides ou trémie 42 qui reçoit des matières ~solides brutes en provenance d'une machine d'extraction ou d'un appareillage analogue. Un dispositif capteur de niveau de matières solides 48 est accouplé à la trémie 42 et a pour fonction d'engendrer un signal de commande fonction de la variation de niveau des matières solides qui s'accumulent dans la trémie 42, De la trémie 42 les matières solides brutes sont transportées par un convoyeur 44 dans un broyeur 46. Un convoyeur 50 est associé au broyeur 46 pour amener les matières solides broyées provenant de ce broyeur à un bassin à boue 52.Un dispositif régulateur d'écoulement des matières solides 54, actionné par le signal de commande, est accouplé au convoyeur 44 pour régler l'écoulement de matières solides transportées de la trémie 42 au broyeur 46 et au bassin 52. Le bassin à boue 52 est analogue au bassin à boue 14 décrit ci-dessus et comprend une entrée de matières solides réduites en particules dans laquelle aboutit le convoyeur 50, une entrée de liquide porteur et une sortie de boue. Une conduite 56 est raccordée à l'entrée de liquide porteur du bassin 52 et à une source de liquide porteur. Une soupape de commande d'écoulement 58 est disposée sur la conduite 56 pour régler le débit d'écoulement du liquide porteur introduit dans le bassin 52. La soupape de commande 58 est accouplée à un ensemble régulateur de niveau de liquide classique 60 qui comporte un dispositif capteur 61 associé au bassin 52 et un régulateur de niveau 63. Un débit-mètre classique 59, qui engendre un signal de commande fonction du débit de liquide porteur circulant à travers la conduite 56, est disposé sur cette conduite 56. Une conduite 62 est raccordée à la sortie de boue du bassin 52 et au raccord d'aspiration d'une pompe à boue 64. le raccord de refoulement de la pompe à boue 64 est raccordé par une conduite 66, au raccord d'aspiration d'une pompe à boue complémentaire 68 et une conduite 70, destinée à transporter la boue en un emplacement éloigné gné, est raccordée au raccord de refoulement de la pompe complémentaire 68. Un débitmètre 72 qui engendre un signal de commande fonction du débit de boue s'écoulant à travers la conduite 70 est disposé sur cette conduite 70. Il est prévu un régulateur central 74,destiné à commander le débit de boue refoulée à travers la conduite 70 par la pompe 68 et le débit de matières solides réduites en particules introduites dans le bassin 52, qui fonctionne de la manière décrite en détail ci-après. Comme dans le cas de l'installation 10 décrite ci-dessus, l'installation 40 peut autre utilisée dans un certain nombre d'applications variées. Lorsqu'on l'utilise associée à une machine drextraction continue, la trémie à matières solides 42, le broyeur 46, le bassin à boue 52 et la pompe à boue 64 sont de préférence montés sur un véhicule mobile qui se déplace conjointement avec la machine d'extraction. La pompe complémentaire 68 est de préférence placée à une certaine distance du véhicule sur lequel l'appareillage est monté, la conduite 66 étant flexible de manière à permettre le déplacement du véhicule.Il est évident cependant que la pompe à boue 64 peut être supprimée et la pompe complémentaire 68 etre disposée à l'emplacement du bassin à boue 52 ou au lieu d'aboutissement de la conduite 70 ; on peut encore disposer plusieurs pompes complémentaires réparties suivant la longueur de la conduite de transport 70. Un courant continu de liquide porteur est amené par la conduite 56 au bassin à boue 52 et des matières solides réduites en particules en provenance du broyeur 46 sont introduites dans le bassin 52 au moyen du convoyeur 50. Ces matières solides sont mélangées avec le liquide porteur dans le bassin 52 et la boue obtenue en est entraînée à travers la conduite 62 et la pompe 64. De la pompe 64 la boue s'écoule, par la conduite 66, dans le coté d'aspiration de la pompe 68 et, du côté de refoulement de la pompe 68, la boue est envoyée dans la conduite de transport 70. Le dispositif capteur de niveau de matières solides 48 associé à la frémie 42 détecte ltélévation et l'abaissement des matières solides qui s'accumulent dans la trémie 42 et engendre un signal de commande fonction de ces variations de niveau. Ce signal de commande est reçu par le régulateur central 74 qui ouvre et ferme le dispositif de commande d'écoulement de matieres solides 54 associé à la trémie 42 en fonction de ce signal. Autrement dit, lorsque le niveau des matières solides s'accumulant dans la trémie 42 augmente, le régulateur 74 ouvre la soupape 54 ce qui augmente le débit de matières solides transportées au broyeur 46 et au bassin 52 et inversement. L'ensemble régulateur de niveau 60 fonctionne en liaison avec la soupape de commande d'écoulement 58 pour maintenir essentiellement constant le niveau de la boue formée à l'intérieur du bassin 52. Autrement dit, le régulateur 63 engendre un signal de commande inversement proportionnel à l'abaissement ou à l'élévation du niveau de la boue dans le bain 52 pour ouvrir ou fermer davantage la soupape 58, ce qui augmente ou diminue le débit de liquide porteur qui s'écoule dans le bassin 52 et maintient essentiellement égale au débit de boue enlevé du bassin 52 la quantité de boue formée dans ledit bassin 52 par unité de temps. le régulateur 74, en plus de commander le débit d'écoulement des matières solides transportées dans le bain 52 à partir de la trémie 42, commande le débit de la boue refoulée à travers la conduite de transport 70, c'est-à-dire le débit de boue refoulée par la pompe 68, de telle manière que la concentration en volume des matières solides dans la boue demeure essentiellement constante. Plus particulièrement, le régulateur 74 reçoit les signaux de commande engendrés par les débitmètres 59 et 72 qui sont respectivement fonction des débits d'écoulement du liquide porteur et de la boue et engendre une valeur représentative de la concentration en volume réelle des matières solides dans la boue, c'est-à-dire de la différence entre les signaux de commande représentant les mesures du débit d'écoulement de la boue et du débit d'écoulement du liquide porteur divisée par le signal de commande représentant le débit d'écoulement de la boue. La concentration en volume réelle des matières solides dans la boue ainsi déterminée est comparée par le régulateur 74 avec une concentration en volume de matières solides prédéterminée désirée et un signal de commande fonction de cette différence est engendré.Ce signal de commande est utilisé pour régler le débit d'écoulement de la boue refoulée par la pompe 68 de telle manière que la concentration en volume de matières solides dans la boue soit maintenue essentiellement constante. Au cours du fonctionnement de l'installation 40, lorsque le débit d'écoulement des matières solides réduites en particules transportées au bassin à boue 52 augmente, l'ensemble régulateur de niveau 60 et la soupape de commande 58 diminuent automatiquement le débit d'écoulement de liquide porteur-qui s'écoule dans le bassin 52 par la conduite 56, ce qui, à son tour, augmente la concentration en matières solides de la boue enlevée du bassin 52. Le régulateur 74 détecte de la manière décrite ci-dessus l'augmentation de la concentration en volume des matières solides et augmente automatiquement en conséquence le débit d'écoulement de la boue refoulée par la pompe à travers la conduite de transport 70.Cette augmentation du débit d'écoulement de la boue enlevée du bassin 52 fait descendre le niveau de la boue à l'intérieur du bassin ce qui, à son tour, amène l'ensemble régulateur de niveau 60 à augmenter le débit d'écoulement du liquide porteur introduit dans le bassin. L'augmentation du débit d'écoulement du liquide porteur réduit la concentration des matières solides dans la boue jusqu'à la valeur désirée. Lorsque le débit d'écoulement des matières solides diminue, la succession d'opérations contraires se produit. Ainsi, grâce au procédé conforme à l'invention mis en oeuvre dans cette installation 40, la concentration en volume des matières solides dans la boue formée est réglée automatiquement, d'une manière continue, à un niveau essentiellement constant m8me si le débit d'écoulement des matières solides introduites dans l'installation varie dans une étendue relativement large. Il est évident pour tout technicien que le liquide porteur utilisé peut entre constitué par l'un quelconque d'un grand nombre de liquides ou de compositions de liquides capables de mettre en suspension les matières solides réduites en particules à transporter. Lorsque les procédés et les appareillages conformes à l'invention sont utilisés dans les opérations d'extraction de houille, le liquide porteur est de préférence constitué par de l'eau ou par une solution aqueuse contenant des additifs destinés à faciliter la mise en suspension dans celle-ci des particules de charbon. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, REVENDICATIONS i. Procédé pour former une boue, constituée de matières solides réduites en particules et d'un liquide porteur, et pour transporter cette boue à travers une conduite, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à a) introduire un courant continu de liquide porteur dans un puisard ou bassin, b) introduire les matières solides réduites en particules, sans liquide porteur, dans ce bassin, de manière à y former une boue constituée de ces matières solides et du liquide porteur, c) aspirer cette boue hors du bassin et la refouler à travers la conduite à l'aide d'une pompe, d) mesurer le débit d'écoulement de la boue dans la conduite, e) régler la vitesse de la pompe, au cours de laspira- tion de la boue hors du bassin, en fonction des variations mesurées du débit d'écoulement de la boue dans la conduite de manière à maintenir ce débit essentiellement constant et f) faire varier le débit d'écoulement du liquide porteur introduit dans le bassin en sens contraire des variations du débit d'écoulement des matières solides réduites en particules introduites dans le bassin de manière à maintenir essentiellement constant le débit d'écoulement dela boue formée dans le bassin. 2. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que l'opération d) se décompose en deux opérations composantes consistant à : - détecter les élévations et abaissements du niveau de la boue formée dans le bassin et - réduire ou augmenter d'une manière correspondante le débit d'écoulement d liquide porteur introduit dans le bassine