Brevet FR2584179A1 — publié le 19870102

La présente invention concerne un dispositif d'arrêt d'une détonation pour systéme de chargement d'explosifs en vrac par pompage. Au cours du chargement d'explosifs en vrac par pompage. la présence d'un détonateur au fond du trou de mine augmente les risques d'explosion intempestive. Pour limiter les conséquences d'une telle explosion consécutive par exemple à des perturbations électriques (orage. ...) il importe qu'une detonation amorcée dans le trou de mine (qui peut contenir jusqu'à plusieurs centaines de kilos d'explosif dans les exploitations à ciel ouvert) ne puisse se transmettre à travers la canule de chargement jusqu'au stock d explosif en vrac, généralement constitué par un ou plusieurs réservoirs, dont la masse totale sur un meme site peut être de plusieurs tonnes et dont l'explosion pourrait avoir des conséquences catastrophiques. Compte tenu de la vitesse élevée de propagation de la détonation dans une charge d'explosif cylindrique (plusieurs kilomètres par seconde), ainsi que des effets destructeurs de l'onde de choc entrainée par la détonation, la réalisation d'un système d'arrêt de la détonation par des procédés mécaniques simples est difficilement envisageable. La solution actuellement retenue pour limiter les risques de transmission de la détonation à travers la canule de chargement consiste à limiter le diamètre da celle-ci à une saleur inférieure au diamètre critique de détonation de l'explosif pompe : En effet le diamètre critique de détonation d'un explosif est une valeur du diamètre d'une charge cylindrique de cet explosif en dessous de laquelle la détonation est incapable de se propager dans la charge. Cette solution a été retenue dans la réglementation française du pompage des explosifs dans les mines et carrières : en présence d'un détonateur en fond de trou. le diamètre de la canule de chargement d'explosif par pompage doit être limité à 25 mm, qui est une valeur en principe inférieure aux diamètres critiques de détonation de tous les explosifs dont le chargement par pompage est autorisé en France. La limitation à 25 mm du diamètre des canules a pour effet de diminuer de façon importante le débit de pompage et d'augmenter corrélativement la durée de chargement des mines. La durée d'exposition du personnel aux risques de départ intempestif s'en trouve accrue, et l'intérêt économique du chargement d'explosifs en vrac par pompage peut être remis en cause, notamment dans le cas de tirs en ciel ouvert par mines verticales profondes avec amorçage en fond de trou. Mais en matière d'explosifs pompables, qui sont par exemple des explosifs bouillie ou émulsion, le choix du diamètre critique de détonation comme critère de limitation du diamètre des canules est discutable : la valeur du diamètre critique de détonation, qui est une caractéristique intrinsèque d'un explosif donné, est déterminée dans des conditions experimentåles particulières (encartouchage léger, densité normalisée, ....), et généralement "une fois pour toutes* lors de l'examen d'agrément du produit. Il n'est pas sur que cette caractéristique soit représentative de l'explosif dans ses conditions normales d'utilisation. En particulier, le confinement apporté par le caoutchouc armé des canules de chargement peut avoir pour effet de diminuer légèrement la valeur du diamètre critique de détonation. Mais ce dernier peut aussi dépendre étroitement de la densité de l'explosif dans ses conditions d'utilisation. Cette densité des explosifs pompables peut subir d'importantes variations en fonction: - de la pression à laquelle est soumis le produit dans la canule au cours du pompage. Cette influence va toutefois en général dans le sens de la sécurite. En effet, des pressions de l'ordre de quelques bars, couramment atteintes en sortie de pompe, peuvent suffire à déssensibiliser les explosifs. - d'impératifs commerciaux qui imposent aux fabricants de régler les densités de leurs produits, ce qui s effectue par des procédés mécaniques (brassage d'aération), ou chimiques (variation de la quantité d'agent allégeant ou émulsifiant). En définitive, non seulement la règle actuelle de limitation du diamètre des canules de pompage présente des inconvénients majeurs du point de vue des conditions pratiques de pompage, mais elle ne garantit pas dans certains cas la non-transmission de la détonation depuis le fond du trou de mine jusqu'aux réservoirs d'explosif. Pour pallier ces inconvénients, tout en tolérant des fluctuations du diamètre critique de l'explosif pompé et sans affecter le débit de pompage, l'invention a pour objet d'arrêter la détonation entre le trou de mine et le stock d'explosif. La présente invention propose à cet effet un dispositif d'arrêt d'une détonation installé sur un système de chargement par pompage d'explosifs en vrac, dans les mines, carrières et travaux publics, du type qui comporte une canule de chargement en relation avec au moins un réservoir d'explosif en vrac et destinee à pénétrer au moins en partie dans un trou de mine à remplir. au moins en partie, d'explosif, et une pompe adapté: à provoquer un certain débit d'explosif dans cette canule qui se subdivise sur au moins une partie de sa longueur en au moins deux conduits de dérivation de diametre interne inférieur au diamètre critique de détonation déterminé pour la densité de l'explosif pompé. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un dispositif de l'art connu dans le cas d'une mine à ciel ouvert; les figures 2 et 3 représentent deux courbes caractéristiques de d-eux explosifs donnés; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe transversale selon la flèche V, du dispositif de l'invention représenté à la figure 4. - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une variante du dispositif de l'invention; - la figure 7 est une vue en coupe transversale, selon la flèche VII, de la variante du dispositif de l'invention représentée à la figure 6. - la figure 8 represente un dispositif utilisé pour expérimenter l'invention. Suivant la forme de réalisation choisie et représentée le dispositif de l'art connu représenté à la figure 1 comprend deux réservoirs 10 contenant une certaine quantité d'explosif 11, une canule 13 partant de ces réservoirs, un enrouleur 12 de canule 13 et une pompe 14 disposés sur un camion 15. Dans la suite de la description l'expression de pompage correspond en fait ici à un refoulement d'explosif par la pompe en travers de la canule 13. L'extrémité 16 libre de la canule 13 descend dans un trou de mine 17 vertical, dans le fond duquel a, préalablement placé un détonateur 18. Un dispositif de déclenchement 19 situé en surface est relié à ce détonateur par tout moyen connu. En début de chargement l'extrémité de la canule se trouve au fond du trou de mine, elle remonte ensuite progressivement, par exemple grâce à un rembobinage progressif de la canule (13) sur l'enrouleur (12), pour rester toujours en contact avec la surface de l'explosif déversé dans le trou de mine 117). En fonctionnement normal, après avoir chargé par pompage une partie du trou de mine (17) avec de l'explosif en vrac, la commande d'explosion est effectuée à distance grâce au dispositif de déclenchement. Mais au cours de cette phase de chargement par pompage la présence du détonateur (18) au fond du trou de mine (17) augmente les risques d'explosion accidentelle dues par exemple à des chocs mécaniques ou à des perturbations électriques. Pour limiter ces risques, la solution de l'art connu consiste à limiter le diamètre de la canule (13) au dessous d'un seuil correspondant au diamètre critique de détonation de 1 explosif pompé. Une courbe de variation de ce diamètre critique de détonation avec la densité sous pression normale est représentée à la figure 2 pour deux explosifs pompables de type bouillie. Une courbe de variation de la densité en fonction de la pression de l'une de ces bouillies est représentée à la figure 3. Le dispositif de l'invention permet, en cas d'explosion intempestive, d'arrêter la détonation avant qu'elle n'atteigne le stock d'explosif. Ce dispositif tolére des fluctuations du diamètre critique de l'explosif pompé et n'affecte pas le débit de pompage, Selon la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 4 et 5, le dispositif de l'invention permet d'obtenir une sécurité améliorée par rapport aux dispositifs de l'art connu en ne modifiant cependant pas le débit d'écoulement de l'explosif. Ce dispositif comporte une canule 13 de chargement divisée sur au moins une partie de sa longueur, suffisante pour arreter une explosion, en deux conduits 23 de dérivation de diamètres inférieurs au diamètre critique de détonation de l'explosif, séparés entre eux et relies en leurs extrémités par deux embouts 24.Mais ce nombre de conduits 23 de dérivation peut être augmenté. Sur les figures 6 et 7 les conduits de dérivation sont au nombre de quatre. Dans les deux cas, on peut envisager d'augmenter la section de la canule tout en conservant d'excellentes conditions de sécurité, Pour démontrer la validité de la solution mise en oeuvre dans le dispositif de l'invention, des essais de propagation de la détonation ont été effectués en utilisant un dispositif de simulation représenté à la figure 8, pour deux explosifs pompables. Ce dispositif de simulation est constitué par - un premier tube 26, simulant la' canule 13, en chlorure de polyvinyle ou "PVC" ayant 53 mm et 63 mm respectivement de diamètres intérieurs et extérieurs et 850 mm de longueur; - un deuxième tube 27, simulant l'un des conduits 23 de dérivation, en "PVC" ayant 20 et 25 mm de diamètres interne et externe et 1000 mm de longueur. La réduction du diamètre intérieur de 53 à 20 m est effectuée progressivement au moyen d'un manchon 28 de raccordement à cône intérieur. L'explosif 29 remplissant le dispositif est amorcé au moyen d'un détonateur 30 par exemple et d'un relais 31 d'explosif plastique. La longueur du premier tube 26 est suffisante pour que le régime de détonation soit permanent au niveau de la réduction de section. La propagation éventuelle de la détonation dans le deuxième tube 27 fait l'objet d'un triple contrôle par: - marquage de plaques de plomb; - sonde résistante sur la longueur du deuxieme tube 27 - vérification du non-amorçage d'un brin de cordeau détonant à l'extrémité du deuxième tube 27. Les résultats sont présentés dans le tableau 1 situé en fin de description où figure - le nombre de détonations de l'explosif dans le deuxième tube 27 sur le nombre d'essais effectués; - le rapport de la longueur de propagation L sur la longueur totale L du deuxième tube 27. Dans tous les cas, la détonation s'est arrêtée dans le deuxième tube 27 au bout d'une distance ne dépassant pas 15% de sa longueur totale, la majeure partie du tube 27 restant intacte apres essai. Un diamètre des conduits 23 diminué de 10 mm par rapport au diamètre critique de l'explosif à sa densité d'utilisation permet d'obtenir un niveau de sécurite acceptable. Une fois fixé le diamètre de ces conduits, leur nombre doit être évalué de manière à ce que le débit d'explosif soit au moins conservé. d'après les lois de Poiseuille, le débit d'un fluide dans un tube de diamètre d est - Q = kl wd en régime laminaire ; kl , kt constantes - Q = kt w0,5 d2,5 en régime turbulent: w = perte de charge par unité de longueur - La conservation des débits par démultiplication de la canule de diamètre do en n conduits de diamètre d1 impose en régime laminaire - en régime turbulent Pour connaitre le nombre de conduits de dérivations nécessaires, il suffit de réaliser des évaluations visant à préciser le régime d'écoulement ainsi que la perte de charge par unité de longueur pour chaque diamètre de conduit. Ces conduits 23 à section réduite doivent être maintenus à distance suffisante ou séparés de manière à ce que leur présence permette efficacement d'éviter qu'une explosion intempestive éventuelle ne se transmette d'un conduit à l'autre. La longueur minimale des conduits de dérivation provoquant avec une bonne certitude l'arrêt de la détonation est au moins égale à 20 fois le diamètre interne de ces conduits. L'invention n'est bien entendu, pas limitée aux détails des formes de réalisation que l'on vient de considérer à titre d'exemple. En particulier le trou de mine (17) peut ne pas être vertical (par exemple horizontal ou oblique) et le processus de chargement peut être différent de celui décrit précédemment. Dans une configuration comme celle représentee en figure 1, le dispositif peut être positionné entre trou 17 et enrouleur 12, auquel cas c'est toute la longueur de la canule 13, en aval de l'enrouleur qui doit être divisée. Les conditions pratiques d'utilisation imposent alors que l'écarteur 25 puisse coulisser le long des n conduits 23 de la canule; Il peut aussi être positionné entre enrouleur 12 et réservoirs 10 ce qui présente plus de commodité pratique, mais il faut tolérer dans ce cas l'explosion de la charge supplémentaire constituée par l'explosif situé dans la canule sur l'enrouleur. Cette solution impose qu'un écran soit positionné entre enrouleur et réservoirs afin de limiter les risques de détonation de ces derniers sous l'effet des projections dues à l'explosion de la pompe ou de l'enrouleur. TABLEAU 1 : ESSAIS DE DISPOSITIFS D'ARRET DE LA DETONATION REDUCTION DE SECTION (53 à 20 mm) EXPLOSIF DENSITE DIAMETRE CRITIQUE RESULTAT L/L0 (mm) EXPLOSIF 1 1.19 45 0/2 0.13 0.14 EXPLOSIF 2 1.17 25 0/1 0.14 EXPLOSIF 2 1.29 55 0/1 0.07 EXPLOSIF 2 1.33 > 70 * * * impossible a réaliser avec un explosif de diamètre critique supérieur à 53 mm. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'arret d'une détonation installé sur un système de chargement par pompage d'explosif en vrac, dans les mines, carrières et travaux publics, du type qui comporte une canule (13) de chargement en relation avec au moins un réservoir (10) d'explosif (11) en vrac et destinée à pénétrer en partie dans un trou de mine (17) à remplir, au moins en partie, d'explosif (11), et une pompe (14) adaptée à provoquer un certain débit d'explosif dans cette canule (13), caractérisé en ce que cette canule se subdivise sur au moins une partie de sa longueur, suffisante pour arreter une détonation, en au moins deux conduits de dérivation (23) de diamètre interne inférieur au diamètre critique de détonation déterminé pour la densité de l'explosif pompé (11). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ces conduits (23) ont un diamètre intérieur au moins inférieur de 10 mm à ce diamètre critique de détonation. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que des manchons de raccordement sont disposé entre la canule et los conduits. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les différents conduits (23) ne sont pas en contact les uns des autres. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le diamètre des conduits est suffisant pour l'écoulement d'explosifs en vrac sous forme de bouillie ou d'émulsion. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la canule t13) étant formée de deux tronçons de part et d'autre d'un enrouleur (12), se subdivise en plusieurs conduits entre l'enrouleur (12), sur lequel elle est emmagasinée, et le trou de mine (17). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 5 caractérisé en ce que la canule (13), étant formée de deux tronçons de part et d'autre d'un enrouleur (12) se subdivise en plusieurs conduits entre l'enrouleur (12), sur lequel elle est emmagasinée , et un réservoir (10) dans lequel est stocké l'explosif (11), un écran étant disposé entre ce réservoir (10) et cet enrouleur (1 2) 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caractérisé en ce que la canule (13) est subdivisée en plusieurs conduits entre le réservoir (10) et le trou de mine (17). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur des conduits de dérivation (23) est au moins égale à 20 fois le diamètre intérieur de ces conduits,