Brevet FR2480349A1 — publié le 19811016

La présente invention concerne un procédé d'exploitation de veines de charbon, en particulier de veines de grande épaisseur, grAce auquel on peut égale- ment exploiter les veines de charbon non exploitables dans certains cas en une seule tranche ou en une seule coupe et/ou les veines de charbon des zones périphéri- ques avec une productivité élevée et dans de meilleures conditions de sécurité dans les fosses. On connaît plusieurs solutions pour exploi- ter les veines de charbon qui ne pouvaient être exploi- tées autrefois en raison des conditions géologiques ou autres, par exemple des modes d'exploitation antérieurs ou des excavations anciennes, ou ne pouvaient être exploitées en une seule tranche à cause de leur épais- seur en utilisant les procédés et dispositifs alors connus d'exploitation ou d'extraction et de consolida- tion. Ces diverses solutions sont exposées ci-dessous: a) Exploitation avançant de bas en haut en plusieurs tranches avec remblayage successif. Les tail- les des tranches successives avancent sur le remblai de la tranche précédente. b) Exploitation divisée en plusieurs tran- ches avançant de haut en bas avec remblayage et/ou éboulement. En cas de remblayage, on renforce le rem- blai ou au moins sa couche inférieure avant le démarrage de la nouvelle tranche, ou on forme un faîtage artifi- ciel ou une couche de protection, ce qu'on appelle la "croûte de charbon" laissée dans le faite. Eventuelle- ment, on combine ces mesures. En cas d'éboulement, il faut attendre que les remblais d'éboulement ou que les déblais de la tranche précédente se soient suffisamment tassés, ou encore former un faîtage artificiel, par exemple disposer une grille avant de provoquer l'ébou- lement ou dans le procédé le plus Alaboré renforcer les remblais d'éboulement ou au moins leur couche inférieure. Le cas chant, on combine ces mesures. On ne peut démarrer]'exploitation de la couche se trouvant sous les remblais d'éboulement oue lorsque ceux- ci sont :uffisamment comp.rimés et/ou solides. c) On connate également un procédé dans lecuel, soit on diviBe le veine énaisse en moins de tranches qu'il ne s'en presenterait si l'on tenait compte exactement de la valeur limite d'exploitation définie -ar la hauteur du dispositif d'exploitation et de sûreté, soit on exploite cette veine épaisse en une seule tranche en provoquant l'éboulement de la couche de charbon disposée au faite de la taille. L'exploitation par éboulement du charbon disuosé dans le faite ou d'une autre matière minérale utile qui y est disDosée, c'est-à-dire en utilisant le procédé d'éboulement étagé (en utilisant les indications répandues surtout au sujet de l'extraction du minerai de fer) peut à nouveau s'effectuer selon plusieurs modes de réalisation. Ceux-ci sont décrits ci-dessous. d) Dans le procédé d'éboulement étagé connu Dar exemple d'après le brevet hongrois n 153 410 ou d'après le brevet soviétique nO 473 829 on provoque dans une mesure suffisante, et à l'instant et à l'en- droit donnés, l'éboulement de la matière minérale utile par une explosion ou un autre moyen approprié. e) De manière analogue, on provoque et on favorise l'éboulement par une action extérieure en déplaçant les éléments postérieurs des dispositifs de sécurité des différents svstemes ou par d'autres mani- pulations, comme il est enseigné dans le brevet soviéti- -ue,o 4P0iR6. f) On utilise souvent un éboulement étagé avec:ormation d'un stot de charbon dans des terrains morcelés par les failles a stratification chaotiaue ainsi cu'égelerent sur la périph4rie se gisements exploités par taille avec un large front et avec une mécanisation élaborée ou complexe comme procédé d'ex- traction ordonnatrice (par décombrement). Dans ces gisements, en-dehors des veines d'extension faible, il faut disposer plusieurs tailles à front court de façon correspondant aux circonstances. Entre les tailles on laisse des colonnes de charbon (stots de charbon), qui ne sont provisoirement pas exploitées ou qu'il n'est pas rare que l'on doive laisser, définitivement perdues, selon la technique ou la technologie applica- bles. Ce stot de charbon abandonné, en particulier lorsque sa solidité est faible, augmente les pertes de charbon. Lorsqu'en revanche, on choisit le cas échéant de laisser un stot de charbon plus petit que nécessaire pour diminuer la perte, il s'effrite et ne remplit pas sa tache, mais augmente au contraire nettement le danger d'incendie. g) Le brevet soviétique no 473 829 décrit un procédé d'extraction par éboulement étagé de ce genre, dans lequel on procède à l'extraction du charbon par forage et à l'aide d'explosif ou bien dans lequel on procède à un autre type de broyage mécanique. Pour y parvenir avec suffisamment de sécurité et de régularité ou de souplesse, on donne cependant d'abord, dans l'inté- rêt de la stabilité ou de la solidité du pilier de faite de la surface frontale du faitage, une inclinaison suf- fisante dans la direction de veine de charbon intacte. Selon nos propres observations, il se forme lors de la formation de l'éboulement une zone de pression de haute concentration, à la suite de laquelle peut se produire un éboulement non contrôlable ou non dirigeable et s'étendant sur toute l'épaisseur de la veine de char- bon. Certes, on applique couramment les procédés connus dans des conditions données, mais ceux-ci ne peuvent répondre que plus ou moins bien aux exigences suffisamment complexes de la conception moderne en matière de concentration de production et de producti- vité améliorée et simultanément au haut niveau de sécu- rité indispensable. En tout cas, on n'a pu éviter totalement jusau'ici les inconvénients qui apparaissent en utilisant les procédés connus et dans les circoeis- tances données; mais on a su seulement, éventuellement, les atténuer. Les différents inconvénients se présentent entre autres comme ci-dessous: A) Les procédés ne répondent pas de la façon requise aux conditions de sécurité, en particulier, pour ce qui est d'éviter le danger d'éboulement, de grisou et d'incendie (c'est le cas par exemple des modes opéra- toires moins élaborés du procédé décrit sous le point b) ci-dessus et le procédé décrit sous les points d), e), f) et g) ci-dessus). B) L'extraction est réalisable seulement à faible concentration (c'est le cas par exemple dans le procédé décrit sous le point a) ci-dessus et dans diver- ses variantes du procédé décrit sous les points b), d) et e) ci-dessus). C) La rentabilité est faible (c'est le cas par exemple dans le procédé décrit sous les points a), d) et f) ci-dessus). D) Leur domaine d'application dépend forte- ment des dimensions et des conditions géologiques de la veine. E) Pour le mode d'extraction donné, on prescrit en général de façon presque obligatoire l'appli- cation de certains dispositifs de sécurité et d'exploita- tion. F) Il faut employer nécessairement une technique, une technologie ou des dispositifs mécaniques compliqués et entraînant une dépense élevée (c'est le cas par exemple dans diverses variantes du procédé décrit sous le point b) ci-dessus ainsi que dans le procédé décrit sous les points d), e) et f) ci-dessus). L'invention répond au besoin de créer un procédé d'extraction des veines de charbon, en particu- lier des veines de grande épaisseur, applicable commu- nément ou de façon étendue et ce, même dans des condi- tions et situations extrêmes, et grâce à l'application duquel on puisse réaliser l'extraction en améliorant le rendement et les conditions de sécurité du travail avec une notable élévation de concentration, une productivité et un rendement élevés sans mesure ni dispositifs parti- culiers et compliqués. L'invention permet de façon surprenante de répondre au problème ainsi posé, L'invention part du fait qu'en général, mais en particulier dans les tailles à front court, le contact entre la taille qui se trouve en service et le territoire exploité pose des problèmes particuliers. Lorsqu'on exploite immédiatement sur des remblais-d'é- boulement peu cohérents et poreux, insuffisamment com- primés, ou même éventuellement, qui surmontent la taille avançant simultanément en particulier surmontent les dispositifs de sécurité les plus extérieurs, situés dans le secteur exploité, de la taille se trouvant en service, il peut apparaître un état d'équilibre instable, ce qui entraîne pour la taille en service elle-même un danger immédiat de rupture. Au bord des remblais d'éboulement peu cohé- rents, en particulier en raison de la cavité en forme de tente qui se forme au niveau des remblais d'éboulement et des coins formés par le stot de charbon existant, l'air peut être éliminé des poches ou espaces ouverts, voisins, en d'autres termes l'air peut circuler, il peut ainsi apparattre un danger d'incendie. Dans la mesure o le remblai d'éboulement contient des gaz dangereux (comme l'oxyde de carbone et le méthane), ces gaz peu- vent mettre en péril les espaces ouverts en cas d'ex- traction immédiate sur le remblai d'éboulement. Pour éviter le danger d'éboulement, de grisou et d'incendie dans le secteur exploité, il fau- drait attendre plus longtemps, jusqu'à ce que le remblai d'éboulement peu cohérent soit suffisamment tassé. Dans ce cas, il n'est pas possible d'entreprendre simultané- ment un grand nombre de tailles, l'exploitation du sec- teur s'étire en longueur et il s'en suit cue l'on ne peut pas obtenir une concentration de production impor- tante. Ceci pose un problème en particulier lorsque le secteur à exploiter par éboulement étagé se trouve derrière un plus grand gisement exploitable par grandes tailles, auquel cas, cette drnière exploitation ne peut commencer sans fermeture du secteur à exploiter (à dé- combrer). t L'invention part de l'observation surpre- nante selon laquelle, on peut séparer les couches d'ex- ploitation les unes des autres au moyen de piliers de remblais. On creuse tout d'abord des galeries qui sont par la suite obstruées de façon à former des piliers, et ces travaux modifient dans leur entourage l'état d'équilibre et de tension de la veine de charbon. La modification de l'état de tension fait apparattre une modification de forme. Les dislocations accompagnant cette modification de forme sont non pas empêchés, mais au contraire rendus possibles par le pilier de remblai étant donné son élasticité. A la suite de ces disloca- tions, il peut donc s'établir une nouvelle répartition des tensions et unautre modification de forme et il se forme enfin une nouvelle situation d'équilibreo Cette série de phénomènes a pour consé- quence que la galerie remplie de façon à former le pilier obstrue les passages d'air défavorables et très dangereux, qui risquerait d'entraîner un incendie, et ainsi aucune fuite de gaz ou échange d'air ne peut avoir lieu. Il est également significatif du point de vue de la sécurité e- de la mécanirue des roches, que le charbon reste, de façon surprenante, pratiquement tassé sur le pilier de remblai, dont la solidité diminue certes à cause du mouvement des roches, et qu'il n'y ait pas d'état d'équilibre instable au-dessus des dispositifs de sécurité extérieurs de l'espace d'ébou- lement situés dans le secteur exploité. En outre, on a établi de façon surprenante la particularité de grande importance selon laquelle une répartition des tensions très favorable accompagne la série de mouvements de roches et de tassement succes- sifs provoqués par le pilier de remblai, au voisinage de la cavité remblayée qui forme celui-ci, répartition qui généralement provoque l'éboulement spontané de la matière minérale utile et rend ainsi possible l'extrac- tion de cette matière sans avoir à l'attaquer à propre- ment parler. L'invention a donc pour objet un procédé d'exploitation de veines de charbon, en particulier de veines de grande épaisseur, que l'on a, si nécessaire, au préalable divisée dans le sens horizontal et/ou vertical en veines d'exploitation, par exploitation de la ou des couche(s) d'exploitation par éboulement- étagé avec formation de piliers, caractérisé en ce que la ou les couches d'exploitation est ou sont limitée(s) par des piliers de remblai, s'étendant dans la direction d'avancement de l'extraction, piliers dont la cavité initiale est creusée plis obstruée sur une hauteur plus grande que celle déterminée par la surface de faite de l'espace d'éboulement érigé au pied de la ou des veine(s) d'exrloitation correspondantes. Selon une variante intéressante du procédé de l'invention, on forme des piliers de remblai séparés d'un intervalle nui représente au plus sept fois, et en particulier de trois à cinq fois, leur largeur. On a intérêt à ce que les piliers de rem- blai soient formés avec une largeur de 2 à 5 mètres, en Darticulier de 2, 5 à 3,5 mètres et avec une hauteur dépassant d'au moins 0,5 mètre, en particulier dp 0,5 à 1,50 m, la surface de faite de l'esnace d'éboulement. Selon une autre variante intéressante du procédé de l'invention, la cavité du pilier de remblai est formée avec une section nuadrangulaire. Selon une autre variante intéressante du procédé de l'invention, l'obstruction ou le remblayage :es piliers de remblai s'effectue avec un matériau de remblayage incombustible qui se tasse sous l'effet de la pression de la roche. Selon encore une autre variante interessan- te du procédé de l'invention, l'éboulement de la ou des veine(s) d'extraction est également provosué de façon active. Un domaine principal d'aprlication de l'in- vention est celui des -aillns à front court. Par opposition en na-ticulier au procédé antérieurement connu décrit sous le point À) ci-dessus, on peut d-ans le procédé de l'invention sou!irer li faite -e le nression du rilier par foreage et explosion ou rar un tnoven mécaniue et ainsi ?r=ntir l ne stabilité suffi- Cante ?oue le cycle d'4xoloitation. Les evantp-'s les p lu: im.ort-un+s Pl nroc.AdA de l'invention sont les suivants: I) Les piliers de remblai assurent même dans le cas d'une faible largeur (3 à ' m) un très bon verrouillage (clÈture) et une très bonne sénaration entre les diverses veines et remblais d'éboulement d'exploitation. Le pilier de remblai constitué d'une matière incombustible et en tout cas tassé sépare d'un côté la galerie ouverte, et de l'autre côté le remblai d'éboulement peu cohérent, si bien qu'aucun échange d'air ne peut se produire entre eux. II) Grâce aux piliers de remblai séparant les veines d'exploitation, le procédé est également applicable dans l'exploitation de veines de charbon exposées a la formation d'incendies endogènes et asso- ciées au danger d'une forte émission de méthane. III) L'action de séparation et de verrouil- lage des piliers de remblai peut également être rendue utilisable dans le cas de fronts d'exploitation plus larges. Généralement les piliers de remblai conviennent pour délimiter et séparer n'importe quel couloir exposé aux dangers d'incendie. IV) Le procédé de l'invention est applica- ble à l'exploitation de veines de charbon d'épaisseur et de stratigraphie quelconques. V) Le procédé selon l'invention permet éga- lement l'exploitation raride de gisements de charbon qui, à cause de leur forme, de leur taille ou d'un accident géologique ou autre ne peuvent être exploités par grandes tailles avec des machines complexes ou trs élaborées. L'extraction rapide et conomioue permet d'exploiter les gisements restant le long des rjets des grendes tailles, d'importance variée et de forme triangulaire ou autrement irrégulière, et ce immédiate- ment avec l'ppareil de front (par exemple rar extrac- 2480'349 1O tion, ventiltion et alimentation en énergie). A défaut d'exploitation de ces gisements restents, le front ne peut d'illeurs pas démarrer, étant donné que les gise- -ents se loueraient ou se fermeraient et que leur reconnaissance serait trop coûteuse. VI) Grâce à l'application du procédé de l'invention, on peut atteindre une forte concentration de taille, ce pourquoi il est 4galement applicable comme système de décombrement rapide pour les zones plus pe- tites ou comme système d'exploitation indépendant rour les plus grandes zones. On peut ainsi disposer ces tailles à front court en groupes, o à l'intérieur d'une veine donnée, les différentes tailles sont dis- posées dans le temps et dans l'espace relativement près les unes des autres et mises en place sans danger. On peut ainsi raridement exploiter la veine de charbon. VII) L'abandon du dispositif par tranches est économique et permet une exploitation s'approchant de l'efficacité ou de la puissance de l'exploitation par grandes tailles. En outre, le procédé de l'invention peut galement être applicable dans les veines de faible épaisseur exploitables en une tranche. VIII) Entre les couches d'exploitation, on ne doit pas laisser de stot le charbon, ce qui diminue les pertes de charbon en améliorant notablement les conditions de sécurité des fosses. IX) Le procédé selon l'invention est appli- cable aussi bien dans les tailles à consolidation indi- viduelle sue dans les tailles assurées Dar des systèmes automatisés. X) Le procédé selon l'invention permet l'a-plication au-zsi iern d'installation d'extraction en continu et 'e machines l'extraction et de chargement ur- ws ce- effet que d'installations -g- chargement et d'extraction qui ne sont pas sur rails. Celles-ci sont particulièrement intéressantes à cause de leur possibilité de télécommande dans l'application effec- tuée dans la phase d'éboulement. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en regard du dessin annexé, qui montre une vue en perspective éclatée d'une veine de charbon épais- se exploitable par éboulement étagé, qui est exploitée selon le procédé conforme à la présente invention. Une veine épaisse de charbon 1 exploitable par éboulement étagé est divisée horizontalement en couches d'exploitation 2, en pratique rectangulaire. L'un des côtés du rectangle détermine la largeur de l'extraction ou de la taille et l'autre côté la longueur du parcours d'extraction ou de taille. Dans le sens longitudinal des couches d'extraction 2, c'est-à-dire selon la direction dans laquelle est menée l'exploitation on ménage des cavités (galeries) présentant une hauteur plus grande que celle des orifices de taille 4 de l'es- pace d'éboulement 3, érigé sur le sol de chaque couche d'exploitation 2, ce qui permet d'exploiter le charbon qui s'y trouve. Ces cavités sont obstruées ou remblayées et on fait ainsi apparattre des piliers de remblai arti- ficiels 5 à l'intérieur de la veine de charbon 1 pour séparer les diverses couches d'exploitation 2. Ces cavités modifient dès qu'elles sont formées en tant que galeries mnis encore lorsqu'elles sont obstruées ou remblayées comme piliers de remblai , l'état d'équilibre et de tension d'origine du char- bon qui se trouve dans leur voisinage. L'intervalle 6 entre les piliers de remblai dépend entre autres de la solidité du charbon qu'il s'agit d'exploiter par éboulement ou encore d'autres circonstances géologiques et minières antérieures 1 '-1 éventuelles. En tout cas, il faut choisir l'intervalle 6 de manière que les zones de tension que font apparat- tre les piliers de remblai 5 se rencontrent dans une mesure et d'une manière telle que la couche de charbon 7 deviennent plus faible ainsi qu'il est nécessaire au cours du remaniement de la tension. Dans cette situa- tion, le charbon 7 peut être extrait, sa résistance étant affaiblie, par une exploitation par éboulements ou oar bouleversements, mais bien entendu également si nécessaire, de façon active au moyen d'une explosion ou d'un tir, avec un appareil de grattage/extraction non représenté. Afin que le pilier d'éboulement 5 remplisse sa fonction dans la mécanique des roches et sa fonction de séparation, sa formation doit précéder l'extraction d'un temps suffisant. Les flèches 8 représentées dans la figure donnent la direction d'avancement de l'extraction. L'exploitation de la veine de charbon 1 peut s'effectuer selon son épaisseur en une ou plusieurs tranches ou coupes. L'expérience a montré que l'épaisser favorable de taille du charbon est de 8 à 12 mètres. En procédant de la manière représentée sur la Figure, on peut également disposer les tailles en groupe selon le dispositif nécessaire. L'enlèvement du charbon extrait s'effectue par un système de galeries d'exploitation ou d'extrac- tion représentées schématiquement sur le figure mais non référencéeso REVENDICATIONS 1. Procédé d'exploitation de veines de charbon, en particulier de veines de grande épaisseur, dans le- quel l'exploitation de la ou des couche(s) s'effectue si nécessaire après division dans le sens horizontal et/ou vertical en couches d'exploitation, par éboulement étagé avec formation de piliers, caractérisé en ce qu'on limite la ou les couches d'exploitation (2) avec des piliers de remblai (5) s'étendant dans la direction d'avancée de l'extraction (8), les galeries destinées à former les piliers de remblai (5) étant creusées puis remblayées sur une hauteur plus grande que celle de l'orifice de taille (4) de l'espace d'éboulement (3) érigé sur le sol de la ou des couches d'exploitation correspondantes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'on forme les piliers de remblai (5) de façon à ce qu'ils soient séparés par un intervalle représentant au plus 7 fois leur largeur et de préférence de 3 à 5 fois, celle-ci. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on forme les piliers de remblai (5) avec une largeur de 2 à 5 m, et' de préférence entre 2,5 à 3,5 m, et une hauteur dépassant d'au moins 0,5 m, et de préférence de 0,5 à 1,5 m, la hauteur de l'orifice de taille de l'espace d'éboulement (3). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on creuse la galerie destinée à former les piliers de remblai (5) avec une section qua- drangulaire. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on effectue l'obstruction ou rem- blayage des piliers de remblai (5) avec une matière d'é- boulement incombustible se tassant sous l'action de la pression de la roche. 6. Procédé selon l'une de$,revendications 1 à , caractérisé en 6e qu'on p!alement de façon active l'éboulement de la oud.4 e(s) d'exploita- tion (2). '