Brevet FR2536114A1 — publié le 19840518

La présente invention se rapporte à des procédés et à des équipements pour extraire les minéraux dans une mine sot-terrain. Dans l'extraction des minéraux tels que la potasse, dans des mines souterraines, une machine - par exempie une haveuse - extrait la matière du gisement souterrain qui contient ce minéral, entre autres. La matière extraite, qui contient le minéral, est ensuite transportée à la surface de la mine, au moins une partie du trajet de transport souterrain s'effectuant dans des véhicules chargeurs. A la surface, la matière extraite est soumise à une opération destinée à séparer le minéral recherché (qu'on appellera ici "la matière utile") de la matière indésirable qu'on appellera la matière stérile. Cette matière stérile est stockée sur la surface et ceci est non seulement inesthétique mais donne en outre naissance à des problèmes de pollution. Le volume total de matière à extraire est habituellement connu sous la désignation de panneau. La surface d'un panneau est considérable et peut avoir une dimension de l'ordre de 2 000 mètres, l'autre dimension étant de l'ordre de 3 000 mètres. L'extraction de la matière du panneau met à nu le toit de la mine. Ce toit, en raison de la nature des conditions géologiques régnant dans la mine, peut être autoporteur jusqu'à une certaine largeur mais, ensuite, lorsqu'on continue à extraire de la matière du panneau, le toit commence à s'effondrer et la matière située au-dessus du toit tombe dans le vide laissé par la matière extraite. L'effondrement du toit est non seulement dangereux pour les personnes qui travaillent dans la mine mais il est également responsable de l'affaissement de la surface au-dessus de la mine. Pour éviter que le toit de la mine ne s'effondre lorsqu'on extrait de la matière d'un panneau1 il était jusqu'à présent nécessaire de laisser des volumes de matière non extraite à l'intérieur de la mine, à certaines distances les uns des autres, ces distances étant déterminées par la largeur sur laquelle le toit est autoporteur, ces volumes formant des piliers et soutenant le toit. Normalement, dans ce procédé d'extraction, on exploite des tailles parallèles dans le panneau, ces tailles étant espacées l'une de autre et les tailles étant reliées entre elles à intervalles par des coupes transversales pôur former les piliers de matière qui soutiennent le toit. En cons-équence, seule une partie de la matière utile qui est présente dans le gisement souterrain est extraite de la mine. Un but de l'invention est de créer un procédé perfectionné pour extraire un minéral dans une mine souterraine ainsi qu'un équipement pour cette extraction. Selon l'invention, on réalise un procédé d'extraction dans une mine souterraine qui consiste à (i) extraire successivement des tranches de matière contenant le minéral d'un panneau de cette matière en faisant avancer successivement une machine d'extrac- tion du minéral d'une extrémité du panneau à une autre extrémité de ce panneau, (ii) évacuer la matière contenant du minéral ainsi extraite de la région du panneau pour séparer ensuite le minéral de la matière contenant le minéral, (iii) transporter la matière ne contenant pas de minéral à la région du vide laissé par l'extraction tranches de la matière contenant du minéral, et (iv) amener un dispositif débiteur de matière successivement d'une extrémité d'une partie du vide laissé par l'extraction des tranches d'une matière contenant du minéral à une autre extrémité et lui faire débiter progressivement la matière ne contenant pas de minéral, au fur et à mesure de son déplacement, dans la partie du vide la plus éloignée de la tranche en cours d'exploitation ou à exploiter afin de remblayer la partie du vide la plus éloignée de la tranche en cours d'exploitation ou a exploiter et, à soutenir ainsi le toit au-dessus de cette partie du vide avant que la largeur non soutenue du toit n'atteigne la largeur au-deld de laquelle le toit non supporté n'est plus autoporteur En mettant en oeuvre le procédé ci-dessus, on peut extraire à peu près la totalité de la matière du panneau puisqu'il n'est pas nécessaire de laisser les pi liers de matière pour soutenir le toit dans la région du panneau exploité. Au contraire, on soutient le toit en tassant la matière ne contenant pas de minéral dans le vide laissé par les opérations d'exploitation. Selon une forme préférée de réalisation de liinvention, un procédé d'extraction d'un minéral dans une mine souterraine consiste à o (i) faire avancer une machine d'abattage d'une extrémité à l'autre extrémité du front d'un panneau de matière pour abattre une tranche de matière dans ce panneau, puis d'une extrémité à autre extrémité du panneau répétitivement pour abattre des tranches de matière dans le panneau, l'une après l'autre, (ii) évacuer la matière au fur et à mesure qu'el- le est abattue par la machine d'abattage à une extrémité du front, au moyen d'un premier transporteur à courroie s'étendant sensiblement parallèlement à la face, (iii) avancer le premier transporteur, lorsque cela est nécessaire, jusqu'à un front nouvellement exploité de manière qu'il puisse évacuer la matière qui sera abattue ensuite sur cette face, (iv) transférer directement ou indirectement la matière transportée par le premier transporteur à un deuxième transporteur à courroie, gui transporte directe- ment ou indirectement la matière abattue à un point élci- gné du panneau, (v) en un point éloigne du panneau, séparer la matière utile de la matière stérile, (vi) transporter la matière stérile, directement ou indirectement, au moyen d'un troisième transporteur à courroie, à une région proche de l'extrémité du front, (vit) transférer directement ou indirectement la matière stérile transportée par le troisième transporteur à courroie à un quatrième transporteur à courroie, qui s'étend à peu près parallèlement au premier transporteur à courroie et est espacé du premier transporteur à couru roie sur le côté éloigné du front, (viii) évacuer la matière stérile du quatrième transporteur à courroie pour remblayer progressivement, d'une extrémité à l'autre esctrdmit6, une partie du vide laissé par les opérations d'abattage précédentes sur le côté du quatrième transporteur à courroie qui est éloigné du front-, avant que la largeur non soutenue du toit nsat- teigne la largeur au-delà de laquelle le toit non soutenu n'est plus autoporteur, (ix) avancer le quatrième transporteur à courroie, lorsque'cela est nécessaire, vers le premier transporteur à courroie, de manière que celui-ci puisse continuer à remblayer le vide laissé par les précédentes opdra- tions d'abattage. En mettant en oeuvre la forme préférée de réalisation de l'invention, non seulement à peu près toute la matière du panneau est extraite mais, en outre, la matit re stérile, qui aurait été stockée à la surface de la mine dans la technique antérieure, est maintenant utilisée pour soutenir le toit et l'empêcher de s'effondrer. La matière abattue peut être évacuée d'une extrémité de la face en cours d'exploitation et la matière sté-' rile peut être amenée à une région proche de l'autre ex trémité du front en cours d'exploitation. Le brin inférieur ou brin de retour du deuxième transporteur à courroie peut constituer un brin porteur de charge qui forme le troisième transporteur à courroie. Un ou plusieurs silos peuvent être prévus en une ou plusieurs positions appropriées pour stocker la matière après qu'elle a été abattue mais avant qu'elle n'ait été classée en matière utile et en matière stérile. En outre, un ou plusieurs silos peuvent être prévus en une ou plusieurs positions appropriées pour stoc 'ker la matière stérile. Ces silos permettent de stocker la matière abattue et/ou la matière stérile dans le vide qui devra être remblayé même s'il se produit une interruption d'une sorte ou d'une autre des opérations d'exploitation. I1 existe des occasions dans lesquelles il est évident qu'un volume du gisement à exploiter ne comporte pas de matière utile. Lorsque cette matière stérile a été abattue, elle peut être envoyée à un concasseur-cribleur et, après concassage et criblage, elle est transférée directement ou indirectement au quatrième transporteur à courroie. Le premier et le quatrième transporteurs à courroie peuvent être avancés par un véhicule sur rails, ou d'autres moyens appropriés, qui, lorsqu'il se déplace en restant à peu près parallèle au front, fait avancer progressivement le transporteur d'une position à une nouvelle position. I1 est possible d'effectuer une opération, par exemple l'opération de remblayage des vides, lorsque l'autre opération a été temporairement arrêtée. I1 va de soi que la distance entre le front du gisement qui est exploité et le vide qui a été remblayé avec de la matière stérile ne doit pas être plus grande que la largeur du toit non soutenu de la mine, ce qui provoquerait un effondrement du toit, en raison des conditions des couches. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre relatif à l'extraction de la potasse dans une mine souterraine, en regard du dessin annexé qui est un schéma d'une mine au stade de l'opération d'abattage. Initialement, on creuse dans la région d'un panneau de matière formant une partie du gisement souterrain à exploiter, une première galerie ou voie 1 qui s'étend le long d'un côté du panneau 2, une deuxième galerie 3 qui s'étend le long de l'autre c8té du panneau 2, et une galerie principale 4 qui s étend entre les extrémités des deux galeries I et 3 et se prolonge jusqu'au puits de mine (non représenté). Les toits des galeries 1 et 3 sont soutenus chacun par une pluralité de piliers 5 de matière non abattue. Le toit de la galerie principale 4 est soute- nu par des piliers allongés 6. La fonction des galeries 1 et 3 consiste à donner à une machine d'abattage 7 suffisamment de place pour manoeuvrer à une extrémité du panneau 2 pour permettre d'abattre une tranche de matière d'une extrémité du panneau 2 à l'autre extrémité du panneau 2. En outre, la galerie 1 donne la place pour un premier transporteur inter médiaire à courroie 8 et la galerie 3 donne la place pour un deuxième transporteur à courroie intermédiaire 9. Ces deux transporteurs à courroie intermédiaires augmentent périodiquement de longueur le long de leurs galeries respectives, en phase avec l'avance du front de travail, au fur et à mesure que les tranches successives de matière sont abattues dans le panneau 2 par la machine d'abattage 7. La galerie principale 4 donne suffisarment de place pour un deuxième transporteur à courroie 10 et un troisième transporteur à courroie 11. Dans cette forme de réalisation, le brin inférieur de la courroie (non visible sur le dessin) du deuxième transporteur à courroie 10 est un brin porteur et forme une troisième transporteur à courroie 11. Dans d'autres modes de mise en oeuvre, il peut être constitué par un transporteur séparé. Une traverse de tête qui relie les deux galeries 1 et 3 donne suffisamment de place pour qu2un premiel transporteur 12 et un quatrième transporteur 13 soient disposés parallèlement au front de travail du panneau à exploiter. La traverse de tête est espacée de la galerie principale 4 par un pilier 14 de soutènement de galerie. Le premier transporteur à courroie 12 est adjacent et sensiblement parallèle à ce front de travail, de manière que la matière abattue par la machine d'abattage 7 puisse être déchargée sur le premier transporteur à courroie. te quatrième transporteur à courroie 13 est disposé sur le côté du premier transporteur à courroie 12 qui est à l'opposé du front de travail et est espacé du premier transporteur à courroie 12 et sensiblement parallèle à celui-ci. En fonctionnement, la machine abattage 7 se déplace progressivement dune galerie à l'autre , au stade illustré sur le dessin, cette machine a exploité une certaine surface du panneau et elle progresse de la deuxième galerie 3 vers la première galerie 1. Au fur et à mesure de sa progression, elle abat progressivement une tranche de matière du front de travail du panneau 2, comme elle l'a fait précédemment pour extraire des tranches de ce panneau.De la même façon qusau cours de 11 abattage des tranches précédentes du front de travail, la matière abattue est déchargée sur le premier transporteur 12 et trans- portée par ce transporteur jusqu'à la première galerie 1. Là, elle est déchargée sur le premier transporteur à courroie intermédiaire 8, qui amène la matière au brin supérieur du deuxième transporteur à courroie 10 et la déchar- ge sur celui-ci. La matière est alors transportée par le deuxième transporteur à courroie 10 au puits de la mine et est ensuite évacuée de la mine. Lorsqu'elle se trouve sur la surface de la minet la matière ainsi abattue et évacuée est soumise à un- ta tement approprié (par exemple, dans le cas de la ptasse, à un traitement chimique) servant à séparer la matière utile de la matière stérile. Au fur et à mesure de la progression de l1opéra- tion d'abattage, la matière stérile est redescendue de la surface de la mine, par le puits de mine, et transportée par le brin inférieur du deuxième transporteur à courroie 10, qui forme le troisième transporteur 11, à la deuxième galerie 3.Là, elle est transférée au deuxième transporteur à courroie intermédiaire 9 qui transporte la matière stérile au quatrième transporteur à courroie 13 et la décharge sur ce transporteur, La matière stérile déposée sur le quatrième transporteur à courroie 13 est progressivement déchargée, par exemple par un appareil de projection 15 combine au quatrième transporteur à courroie et projetée dans le vide situé sur le côté du quatrième transporteur à courroie 13 qui est à l'opposé du premier transporteur à courroie 12, pour remblayer progressive ment ce vide d'une extrémité à l'autre. La matière matiére stéri- le 16 qui remplit l'espace est suffisamment tassée pour soutenir le toit.Le- comblement progressif du vide avec la matière stérile se produit de préférence à un débit qui est égal ou supérieur au débit de l'extraction de la matière par la machine d'abattage et la largeur du vide remblayé est de préférence sensiblement égale à la largeur de la matière abattue. Les intrusions éventuelles, composées au moins à peu près entibrement de matière stérile du panneau, qui ont été abattues par la machine deabattage 7 peuvent être à la demande déchargées par le premier transporteur intermédiaire 8 dans un concasseur-cribleur 17 au lieu d'être déchargées sur le deuxième transporteur 10. La matière concassée et criblée est ensuite déchargée sur le quatrième transporteur 13 et utilisée pour remblayer le vide. Pour préparer au fond de la mine une réserve de matière stérile qui peut être utilisée, par exemple au moment où l'on extrait la première tranche de matière du panneau, ou bien en prévision d'une interruption des opé rations d'exploitation, on peut prévoir un silo (non représenté) contenant de la matière stérile, par exemple à proximité du puits de mine. En outre, ou en remplacement de ce silo,il peut être prévu un autre silo à matière stérile 18, par exemple dans la région où la deuxième galerie 3 et la galerie principale 4 se rencontrent. La matière stérile utilisée pour remblayer le vide peut être issue de la matière abattue ou d'une matière stérile issue dtune opération d'exploitation pendant laquelle un autre panneau a été exploité, ou même d'une matière stérile qui a été stockée à la surface de la mine pendant un cextain temps. Dans certains modes de mise en oeuvre, l'espace compris entre le premier transporteur à courroie 12 et la quatrième transporteur à courroie 13 peut comporter unécran qui isole hermétiquement l'atmosphère d'une partie de cet espace de l'atmosphère de l'autre partie de cet espace. Un tel écran peut être porté par l'un des deux transporteurs. En outre, l'espace compris entre le deuxième transporteur à courroie 10 et le troisième transporteur à courroie ll peut comprendre un écran qui isole hermétiquement l'atmosphère d'une partie de cet espace de l'atmosphère de l'autre partie de cet espace. Le panneau 2 mentionné plus haut peut constituer seulement une partie d'un gisement de matière. Lorsque c'est le cas, le procédé décrit ci-dessus en regard du dessin peut être répété par le traçage d'une autre galerie qui est parallèle à la galerie 3 et plus éloignée du puits de mine que la galerie 3 et qui délimite un deuxlè- me panneau adjacent à celui qui vient d'être exploité. Des tranches sont ensuite abattues dans le nouveau panneau, en partant d'une zone adjacente à la galerie 4. En variante, l'abattage des tranches dans le nouveau panneau peut commencer à l'extrémité du panneau la plus éloignée de la galerie 4. Lorsqu'on travaille de cette façon, les transpor teurs intermédiaires sont raccourcis ou rétractés en pha se avec le déplacement du front de travail. En variante, lorsque le panneau ne constitue qu'une partie d'un gisement de matière, le panneau suivant, qui peut être le panneau adjacent au panneau 2, peut être laissé non exploité. Le deuxième panneau exploité est le panneau qui y fait suite et, lorsque celui-ci a été exploité, par démarrage de l'opération d'exploitation à proximité de la galerie 4, le panneau suivant peut être exploité en commençant l'opération d'exploitation à l'ex trémité du panneau qui est la plus éloignée de la galerie 4. Ceci permet d'utiliser au maximum les transporteurs installés dans la galerie 3 et dans la galerie suivante qui est parallèle à cette galerie 3 et qui définit un c6té du panneau suivant. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit à titre d'exemple non limitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REvENbICATIoNS 1 - Procédé d'exploitation d'une mine souterraine, caractérisé en ce qu'il consiste à : (i) extraire successivement des tranches de matière contenant un minéral d'un panneau (2) de cette matière, en faisant avancer successivement une machine d'extraction du minéral (7) d'une extrémité du panneau à une autre extrémité de ce panneau; (ii) évacuer la matière contenant du minéral ainsi extraite de la région du panneau (2) pour séparer ensuite le mi néral de la matière contenant le minéral ;; (iii) transporter une matière ne contenant pas de minéral à la région du vide laissé par l'extraction des tranches-de matière contenant du minéral t et (iv) amener un dispositif distributeur de matière successivement d'une extrémité d'une partie du vide laissé par l'extraction des tranches de matière contenant du minéral à une autre extrémité et lui faire débiter progressivement la matière ne contenant pas de minéral, au fur et à mesure de son déplacement, dans la partie du vide la plus éloignée de la tranche en cours d'exploitation ou à exploiter, afin de remblayer la partie du vide la plus éloignée de la tranche en cours d'exploitation ou à exploiter, et à soutenir ainsi le toit audessus de cette partie du vide avant que la largeur non soutenue du toit n'atteigne la largeur au-delà de laquelle le toit non soutenu n'est plus autoporteur. 2 - Procédé d'exploitation selon la revendication 1, caractérisé par les phases consistant à : (i) évacuer la matière contenant du minéral après son extraction, au moyen d'un transporteur à courroie sans fin (12) qui s'étend parallèlement à la tranche en cours d'exploitation d'une extrémité à l'autre du panneau ;et (ii) faire avancer le transporteur (12) vers le reste du panneau lorsque une tranche a été extraite. 3 - Procédé d'exploitation selon la revendication 2, caractérisé par les phases consistant à : (i) transoorXer la matière du transporteur à courroie sans fin (12), au moyen d'-un transporteur à courroie (8) qui s' étend le long d'une surface terminale du panneau (2), à un transporteur à courroie sans fin (10) de galerie principale (4) qui s'détend de la région du panneau à un point éloigné de ce panneau ; et (ii) augmenter périodiquement la longueur du transporteur à courroie t8) au fur et à mesure que des tranches sont extraites du panneau. 4 - Procédé d'exploitation d'une mine selon la revendication 3, caractérisé par les phases consistant å: (i) évacuer la matière contenant du minéral extraite de la région du panneau au moyen du brin supérieur d'un transporteur à courroie sans fin (10) de la galerie principale (4) ; et tii) transporter de la matière ne contenant pas de minéral vers la région du vide laissé par l'extraction des tranches de matière contenant du minéral au moyen du brin inférieur (11) du transporteur à courroie sans fin (10) de la-galerie principale. 5 - procédé d'exploitation d'une mine selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en ou- tre les phases consistant à e (i) acheminer de la matière ne contenant pas de minéral au dispositif débiteur de matière (15) au moyen d'un transporteur à courroie sans fin (13) qui s'étend parallèlement au vide qu'il s'agit de remblayer avec de la matière ne contenant pas de minéral, d'une extrémité dudit vide à l'autre extrémité de ce vide ; (ii) faire avancer progressivement le dispositif débiteur de matière (15) dgune extrémité du transporteur à courroie sans fin (13) à l'autre extrémité ; et (iii) lorsque le dispositif débiteur de matière (15) s'est déplacé d'une extrémité à l'autre, éloigner le transporteur à courroie sans fin (13) de la partie du vide dans laquelle la matière ne contenant pas de minéral (16) a été débitée de manière à permettre de débiter une autre quantité de matiere ne contenant pas de minéral dans le vide qui est alors le plus éloigné de la tranche en cours d'exploi tation ou à exploiter. 6 - Procédé d'exploitation d'une mine selon la revendication 1, caraetdrisd en ce qu'on isole par un écran l'atmosphère de la région du panneau de l'atmosphè- re de la région du vide à remblayer. 7 - Procédé d'exploitation d'une mine selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on concasse et qu'on crible la matière extraite d'intrusions importantes ne contenant pas de minéral présentes dans un panneau, dans la région du -vide laissé par l'extraction de la matière du panneau et on transporte ensuite cette matière au dispositif débiteur de matière (15). 8 - Procédé d'exploi'cation d'un minéral dans une mine souterraine, caractérisé en ce qu'il consiste à (i) faire avancer successivement une machine d'abateage (7) d'une extrémité à l'autre d'un panneau (2) de matière contenant du minéral, pour abattre successivement des tranches de matière dans ce panneau ; ( évacuer la matière jusqu'à une extrémité du panneau, au fur eth mesure qu'elle est abattue par la machine (7), au moyen d'un premier transporteur à courroie sans fin (12) qui s'étend sensiblement parallèlement à la tranche en cours d'abatta- ge, et d'une extrémité du panneau à l'autre ;; (iii) faire avancer le premier transporteur (12) vers le panneau lorsqu'une tranche a été abattue dans le panneau, de manière qu'il puisse évacuer la matière du panneau pendant l'abattage de la tranche suivante ; (iv) transférer directement ou indirectement la matibre transportée par le premier transporteur (12) à un deuxième transporteur (8) qui transporte la matière abattue directement ou indirectement à un point éloigné du panneau t (v) séparer le miné ral de la matière contenant du minéral en un point Xloi- gné du panneau t (vi) transporter la matière stérile, contenant au moins une partie de la matière dont le minéral a été séparé, à une région proche du panneau, directement ou indirectement, au moyen d'un troisième transporteur (9) ; (vii) transférer directement ou indirectement la matière stérile portée par le troisième transporteur (9) à un dispositif débiteur de matière (15) ; et (viii) utiliser le dispositif débiteur de matière (15) pour remblayer d'une extrémité à l'autre la partie du vide laissé par les opérations d'abattage précédentes qui est la plus éloignée du premier transporteur à courroie sans fin (12) avant que la largeur de toit. mis à nu au-dessus du vide non remblayé n1 excède la largeur au-delà de laquelle le toit non soutenu n'est plus autoporteur. 9 - Procedé d'exploitation d'une mine selon la revendication 6, caractérisé par les phases consistant à: (i) transférer la matière stérile au dispositif débiteur de matière (15) au moyen d'un quatrième transporteur à courroie sans fin (13) qui court sensiblement parallèlement au premier transporteur à courroie sans fin (12).et stétend d'une extrémité à l'autre. de la partie du vide qui est la plus éloignée du premier transporteur à courroie sans fin (12), ou jusqu a proximité de cette autre extrémité t (ii) faire déplacer le dispositif débiteur de matière (15) d'une extrémité du quatrième transporteur (13) à l'autre extrémité de ce transporteur pour remblayer progressivement la partie du vide d'une extrémité à l'autre t et (iii) rapprocher le quatrième transporteur (13) du premier transporteur (12) lorsque le dispositif débiteur de matière (15) est passé d'une extrémité à l'autre extrémité du quatrième transporteur (13) de manière que le dispositif débiteur de matière (15) puisse progressivement remblayer d'une extrémité à l'autre de la partie du vide qui est la plus éloignée du premier transporteur (12).