Brevet FR2555912A1 — publié le 19850607

PROCEDE D'EPURATION D'EAU DE MINE SUR LE SITE L'invention concerne un procédé pour l'épuration d'eau de mine sur le site, notamment dans des exploitations souterraines, en enlevant les matières granuleuses présentes dans l'eau et ainsi que les matières en suspension et la boue, ce procédé étant avantageusement utilisable dans des, exploitations opérant par foudroyage. Dans une exploitation minière d'extraction de matières solides, les eaux in situ et les eaux de source qui sont en relation directe ou seulement indirecte avec la production contiennent des matières granu-. leuses polluantes de différentes sortes, Pour cette raison, ces eaux résiduaires doivent être évacuées de la mine mais elles ne peuvent pas être utilisées directement soit comme eau industrielle, soit dans des applications agricoles et on ne peut pas les rejeter dans les cours d'eau naturel sans une épuration préalable. A cause de la teneur en solides des eaux de mine, les pompes élévatrices, qui ne peuvent généralement refouler que de l'eau épurée, sont rapidement endommagées, l'ensemble du système élévateur d'eau de la mine devient défectueux et il peut rester hors service pendant des périodes assez longues de sorte que -notamment dans le cas d'une entrée d'eau accidentelle- il peut en résulter de grosses pertes matérielles. Pour la clarification d'eaux de mine, ayant une teneur naturelle en matières granuleuses résiduaires et en suspension, on utilise dans des systèmes souterrains de réception et d'élévation d'eau, des bassins de clarification et de compensation. Les matières résiduaires contenues dans une grande quantité d'eau de mine se déposent dans ces bassins qui, en conséquence, sont remplis en un temps relativement court. Apres la mise en service d'un bassin de remplacement, le bassin plein est vidé, la boue déposée est évacuée hors de la mine et déposée en surface. Cette méthode est généralement utilisée, bien que les quantités d'eau généralement grandes nécessitent des espaces importants dans la mine, ce qui se traduit par des frais élevés d'aménagement et d'entre- tien et, en outre, des ressources minières importantes peuvent être perdues. La sédimentation n'est généralement pas satisfaisante. Le brevet HU-174 665 décrit une solution plus moderne o la sédimentation des grains solides est effectuée dans une galerie de sédimentation se composant de plusieurs tronçons coaxiaux sensiblement de même longueur. L'eau de mine brute est introduite au milieu des différents tronçons de cette galerie, o elle s'écoule à une vitesse de à 100 cm/s et subit une sédimentation. L'eau ayant subit la sedimenta- tion est évacuée aux deux extrémités des différents tronçons de la galerie et la boue déposée est évacuée par tronçons ou de façon conti- nue. Le procéde et l'installation relativement compliquée selon cette réalisation nécessitent encore toujours dans ce but des espaces de mine à grand volume qui sont parcourus séparément et qui doivent être nettoyés de temps en temps. L'obligation d'enlever la boue déposee est maintenue. Dans la littérature spécialisee, on a décrit l'épuration d'eaux résiduaires de mine par sédimentation et filtrage à l'aide de matières granuleuses (A.A. Harionovszkij: Technologisches Verfahren der Gruben- wasserreinigung - Ugol, Janvier 1982). Ce procédé d'épuration a cepen- dant pu être utilisé en pratique seulement pour une faible concentration initiale (100-150 mg/l) en matières polluantes. Les conditions essentielles imposées a des systèmes d'épuration techniques d'eaux résiduaires de mine sont résumées comme suit dans la littérature spécialisee: - le système d'épuration technique doit apporter une solution pour l'élimination des matières polluantes, pour la manipulation, le stockage et l'exploitation de la boue; - l'élimination des matières granuleuses solides doit s'effectuer en une ou deux étapes, en fonction de leur concentration et de leurs propriétés; - l'épuration doit faire en sorte que l'eau épuree soit utilisable soit dans le domaine industriel, soit dans le domaine agricole, ou bien de manière que cette eau puisse être rejetée dans les cours d'eau; - le processus technologique d'épuration de l'eau et de manipulation de la boue doit être effectué dans des conditions économiques et de sécurité, il 2555912- doit correspondre à un agencement et une exploitation simples, et en outre il ne doit pas nécessiter de volumes importants et utiles, ni se traduire par une perte de matières utiles. L'invention a pour but d'éliminer ou tout au moins de réduire sensiblement les inconvénients des réalisations connues et de satisfaire au mieux aux conditions générales. Le problème consiste à créer un procédé d'épuration d'eau de mine qui soit simple et d'une grande efficacité et qui puisse être mis en oeuvre avec des frais d'investissement et d'exploitation relativement faibles. En utilisant le procédé, on doit pouvoir effectuer d'une manière sûre et permanente l'épuration correspondante des eaux résiduai- res de mine -également dans des conditions extrêmes, comme par exemple lorsqu'il se produit une inondation-. Il s'est également posé le pro- blème de combiner le processus d'épuration d'eau avec la technologie d'exploitation minière et d'augmenter grâce à son utilisation la sêcu- rité d'exploitation technique d'une mine. On s'est rendu compte que l'épuration de quantités importantes d'eaux de mine in situ ou de source contenant des matières granuleuses en suspension, pouvait être effectuée en faisant intervenir des volumes existants dans une mine pendant les périodes d'activité d'une exploi- tation minière d'extraction de minéraux solides -ces volumes étant notamment des galeries, des volumes de foudroyage-. Dans de telles galeries ayant de grandes dimensions et un grand volume, aussi bien pendant qu'après leur utilisation technique, comme par exemple dans des macrocavités ou bien dans les microcavités bien plus petites et se produisant en cours de foudroyage, la sédimentation et le filtrage des eaux résiduaires de mine peuvent être résolus uniquement avec leur écoulement de gravitation. Par suite de l'épuration l'encrassement par des matières solides de l'eau évacuée ne peut pratiquement pas être remarqué. Simultanément, les matières solides qui ont Sté arrêtées en grande quantité par sédimentation ou par filtrage occupent les macro- cavités et les microcavités, c'est-à-dire que l'on résout de cette manière aussi bien le traitement de foudroyage qu'également le remblaie- ment complet ou partiel des galeries. L'invention concerne un procédé d'épuration d'eaux de mine notam- ment dans une exploitation souterraine de manière à enlever les matières granuleuses présentes dans l'eau, ce procédé étant utilisé avantageu- sement dans une exploitation opérant par foudroyage, auquel cas l'eau de mine est amenée dans la partie haute de l'espace d'extraction de façon à s'écouler ensuite par gravitation dans les macrocavités ou les microca- vités de l'espace d'extraction tandis que les matières granuleuses résiduaires et en suspension sont enlevées par sédimentation et/ou filtration et l'eau épurée est ensuite collectée d'une manière connue, élevée hors de la mine ou bien utilisée dans la mine. Comme macroca- vités, on peut utiliser une ou plusieurs galeries laissées en arrière, avantageusement pour comblement, et qui peuvent servir dans des cas avantageux comme galerie d'ouverture et/ou d'exploitation de la veine. Le soutènement de la partie basse de cette ou de ces galeries est renforcé. L'eau de mine est filtrée dans les microcavités de la partie de foudroyage. Il s'est avéré particulièrement avantageux d'introduire l'eau de mine d'abord au point le plus bas de l'espace d'extraction et ensuite de décaler vers le haut le point d'introduction de l'eau de mine. L'épuration de l'eau de mine est effectuée dans des étapes de pré- sédimentation, de filtrage et de post-sédimentation ou bien il est effectué en une ou plusieurs étapes. Les avantages du procédé selon l'invention vont maintenant être énumérés. a) L'eau de mine entraîne avec elle -en particulier lors d'une inondationrelativement beaucoup de dépôts. Lorsqu'une eau de mine n'est pas canalisée dans des bassins pour y subir une sédimentation en vue d'une épuration mais lorsque la sédimentation est effectuée indépendamment des bacs dans d'autres espaces miniers et lorsqu'en outre l'eau de mine est canalisée dans un espace minier soumis à un foudroyage et est filtrée: - l'eau de mine est pratiquement épurée des matières granu- leuses polluantes; - la partie foudroyée, d'un remplissage volumique initialement mauvais, devient plus dense; - les macrocavités minières sont remplies lentement et complè- tement par les matières se déposant par sédimendation, ce qui permet d'éviter le foudroyage ultérieur éventuel de la cavité, ou bien ce qui assure l'obturation de la partie foudroyée; b) La partie foudroyée, qui est devenue plus dense pendant l'évolu- tion du processus: - acquiert une plus grande résistance et une meilleure capacité de charge ou bien une plus faible convergence; - ne comporte pas de creux et assure mieux l'obturation en haut et en bas, ce qui réduit beaucoup le risque de formation d'un feu endogène; - constitue, dans le cas d'eaux venant du haut, une couche relativement imperméable, ce qui favorise la canalisation de l'écoulement des eaux de mine; c) Pendant l'application du procédé, il se produit en pratique un comblement de la partie foudroyée, notamment avec la matière la mieux appropriée à cet égard, en particulier avec la matière du terrain d'origine, qui - est disponible à l'endroit considéré, - n'a pas à être transportée en surface, dans la plupart des cas par la canalisation de boue de la mine et n'a pas à être transportée au prix de gros frais d'exploitation, d'énergie et de main-d'oeuvre alors qu'auparavant -notamment dans le cas d'une accumulation de boue- on devait assurer séparément l'élévation ou l'épuration de l'eau évacuée d'une manière appropriée; d) Le procédé peut être appliqué immédiatement à l'endroit nécessaire pratiquement sans frais particulier d'investissement car on utilise les volumes d'extraction qui sont a foudroyer ou à combler; e) l'ensemble du système hydraulique et de galeries de bassins de la mine peut être plus simple et plus court car, dans les bassins, on n'effectue que la sédimentation de la boue de quantités bien plus faibles d'eaux résiduaires qui, en fonction des conditions locales, ne peuvent pas être traitées dans le procédé; f) dans un cas déterminé, des eaux boueuses particulièrement polluées résultant du nettoyage des bassins peuvent être épurées de façon satisfaisante avec le procédé sous terre ou sur le site; g) l'eau élevée hors de la mine est pratiquement exempte de matières polluantes solides, de sorte que: - la durée de service et la sécurité de fonctionnement des pompes élévatrices sont considérablement augmentées; - l'eau claire élevée est directement utilisable dans l'indus- trie et en agriculture ou bien peut être utilisée en vue d'une clarification supplémentaire avec beaucoup moins de préparation, ou bien peut être introduite directement sans risque d'encrassement dans des écoulements d'eau en surface (rivière, réservoir); h) les frais d'exploitation, les frais de matières et de main-d'oeu- vre sont faibles, les installations (pompes, robinetteries, tuyauteries) peuvent être utilisées d'une manière simple, clas- sique et universelle dans les exploitations minières; i) le procédé conforme à l'invention peut être automatisé avantageu- sement et avec des moyens classiques, d'une manière relativement peu coûteuse et simple. Le procédé conforme à l'invention, ou bien les résultats pouvant être obtenus avec le procédé, vont être expliqués dans la suite à l'aide d'exemples pratiques. 1.- Dans une taille d'une exploitation minière, on a trouvé 50 à 1/min, en moyenne 70 1/min d'eaux in situ dont la teneur en matières étrangères mesurée s'est élevé à 1,7.105 mg/l. L'eau polluée a été transférée au moyen d'une pompe à boue clas- sique, et à l'aide d'une canalisation de 1000 mm de diamètre jusque dans une autre galerie de ventilation, dans une zone déjà exploitée et foudroyée, o s'est effectuée la pré-clarification. A partie de la galerie de ventilation, l'eau de mine est parvenue par gravitation dans la zone foudroyée au travers de laquelle elle s'est écoulée de façon à parvenir dans la zone de soutènement de la galerie. L'eau a été filtrée dans la zone foudroyée et elle a été encore épurée par post-sédimentation dans la galerie avec soutènement. L'eau obtenue après ce traitement ne présente aucune matière susceptible de former un dép6t et la teneur en substances en suspension s'est élevée à 13 mg/l. Pendant la période de marche de 85 heures de la pompe, 115 1/min d'eau de mine ont été débités et on a pu éliminer par filtrage 44 m3 soit 101,2 tonnes de matières granuleuses solides. 2.- La pureté de l'eau d'exhaure a été mesurée périodiquement toutes les 10 minutes et on l'a enregistrée. Du fait que la pureté se réduisait au minimum de 20% entre deux mesures effectuées succes- sivement, on a remonté de 0,5 m le point d'entrée de l'eau polluée dans la zone foudroyée. Avec cette méthode, on a utilisé toute la hauteur utile de la zone foudroyée (3,4 m) pour le filtrage. La quantité totale d'eau de mine traitée s'est élevée à 7 243,8 m3 et on a enlevé de l'eau 853,7 m3 (1963, 5 tonnes) de matières granuleuses solides. La matière enlevée est restée en majeure partie (environ 80 à 85%) dans la zone foudroyée sous l'effet du filtrage et elle a rendu cette zone foudroyée plus solide, en augmentant sa résistance et en la rendant pratiquement étanche à l'aération. En ce qui concer- ne l'encrassement restant, 8 à 12% ont été séparés lors de la préclarification et le reste a été séparé de l'eau lors de la postsédimentation. 3.- Le procédé a été également appliqué de façon satisfaisante à l'épuration des résidus boueux obtenus lors du-curage des bassins. Pendant la période de 8 jours entre deux curages d'un bassin de clarification, on a introduit 2 063,5 m3 d'eau boueuse dans le système d'épuration conforme à l'invention, cette eau ayant une teneur en solides de 11,14%. Pendant l'épuration, on a enlevé environ 230 m3 (529 tonnes) de matières solides extraites de cette eau boueuse fortement polluée. On n'a pas pu détecter de substances solides dans l'eau d'exhaure et la teneur en substances en suspension s'est élevée à des valeurs comprises entre 16,0 et 20,0 mg/l. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour l'épuration d'eau de mine sur le site, avec élimination des matières granuleuses présentes dans l'eau, utilisable avantageusement dans une exploitation par foudroyage, caractérisé en ce que l'eau de mine est amenée dans la partie haute de l'espace d'extrac- tion pour s'écouler ensuite par gravitation au travers de la ou des macro- et/ou microcavités de l'espace d'extraction tandis que le contenu en substances solides ou en suspension est éliminé par sédimentation et/ou filtration, et ensuite l'eau épurée est collectée d'une manière connue, et est élevée hors de la mine ou bien est utilisée sur le site. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme macrocavités une ou plusieurs galeries exploitées et le cas échéant à combler. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise comme macrocavités la partie d'ouverture et/ou de soutènement de la galerie. 4.- Procédé selon une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le soutènement de la partie la plus basse de la galerie est ren- forcé. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau de mine est filtrée dans les microcavités de la zone foudroyée. 6.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'eau de mine est introduite à la base de l'espace d'extraction. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le point d'introduction de l'eau de mine est progressivement décalé vers le haut. 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épuration de l'eau de mine est effectuée dans des étapes de pré- sédimentation, de filtrage et de post-sédimentation. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'épuration est effectuée complètement en une ou en plusieurs étapes.