Brevet FR2612987A1 — publié le 19880930

- 1- 2612987 La présente invention a pour objet un nouveau procédé d'exploitation des mines, ainsi qu'un matériel pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connait déjà un procédé d'exploitation des gisements miniers dit "à alésage remontant" qui est aussi désigné sous le terme anglais de "rise boring" et qui consiste à réaliser deux galeries d'exploitation situées au-dessus et au-dessous du gisement de minerai à exploiter, puis à forer dans le minerai, entre les galeries, un trou d'environ une dizaine de centimètres de diamètre. On place ensuite dans ce forage un train de tiges qui constitue l'axe d'entraînement d'un plateau de forage tournant disposé dans la galerie inférieure. En imprimant au train de :ies de forage un mouvement de rotation et un mouvement de coulissement axial vers le haut, on obtient alors la destruction de la masse de minerai qui se trouve sur le trajet de l'outil de forage, ledit minerai tombant par gravité dans la galerie inférieure d'o il est emporté par des moyens de transport conventionnels tels que des tapis roulants. Ce procédé connu, présente l'inconvénient de mettre en oeuvre un dispositif fragile du fait que le train de tiges qui transmet le couple à l'outil rotatif et qui donne à cet outil rotatif son mouvement d'avance vers le haut se trouve très fortement sollicité ce qui amène des ruptures fréquentes nécessitant des temps de réparation importants qui nuisent au rendement. De surcro!t, il est nécessaire de prévoir dans la galerie supérieure des dispositifs qui permettent d'équilibrer le couple de rotation important qui est obligatoirement appliqué à l'outil rotatif qui se trouve dans le bas du train de tiges. Enfin ce procédé présente l'inconvénient de réaliser une excavation qui ne peut être que de section circulaire, ce qui oblige dans la pratique à laisser sur place une partie importante du minerai. On connaît également, notamment pour réaliser des chantiers de travaux publics souterrains, des appareils de forage à fraises qui sont principalement constitués par deux paires de demi-tambours munis de dents tournant en sens inverse en étant entraînés par des moteurs électriques ou hydrauliques situés au voisinage des demi-tambours o dans l'axe de ces derniers. Ces appareils connus permettent de réaliser des trous dans le sol en opérant de haut en bas et en travaillant généralement sous une boue qui assure le maintien des parois de l'orifice ainsi foré, un système de pompe ramenant à la surface les débris du terrain traverse. - 2 - 261298 7 De tels appareils qui sont actuellement couramment utilisés avec succès mettent cependant en oeuvre des techniques complexes qui deviennent de plus en plus difficiles lorsque l'on cherche à augmenter la puissance des appareils concernés. La présente invention a pour objet une combinaison des deux techniques rappelées ci-dessus qui est rendue possible par une adaptation des appareils de forage à fraises de type connu et qui facilite beaucoup la mise en oeuvre du procédé de forage connu sous le terme de "rise boring". La présente invention a pour objet un procédé d'exploitation de gisements miniers selon lequel on réalise une galerie d'exploitation haute et une galerie d'exploitation basse qui sont situées de part et V'autre du gisement de minerai que l'on désire exploiter, puis un forage préliminaire de faible diamètre entre les deux galeries précitées, procédé caractérisé par le fait qu'à l'aide d'un train de tiges, de châines ou de câbles, disposé dans le forage, et maintenu à sa partie supérieure à l'intérieur de la galerie haute, on suspend un appareil comportant au moins deux paires de demi-tambours munis à leurs périphéries de dents de fraisage qui sont entraînés en sens inverse par un dispositif moteur situé, soit dans l'axe des tambours, soit au-dessous de ceux-ci, et que, tandis que l'on fait tourner les paires de demi- tambours, on déplace progressivement ledit appareil vers le haut à l'aide du train de tiges, de chaînes ou de câbles, tandis que le minerai qui est désagrégé par les dents de fraisage tombe par gravité sur un moyen de transport conventionnel disposé dans la galerie inférieure. Conformément au procédé selon l'invention, il est possible de réaliser entre la galerie supérieure et la galerie inférieure plusieurs forages préliminaires parallèles qui permettent le passage de plusieurs trains de tiges, de chaînes ou de câbles supportant l'appareil de fraisage, grace à quoi, il est possible d'augmenter de manière très importante la puissance de ce dernier et en conséquence le tonnage du minerai qui est abattu. Conformément à l'invention, il est également possible d'envoyer des jets d'eau à moyenne ou à haute pression sur le minerai qui est en cours de fraisage, ce qui facilite le travail des fraises et qui contribue également au dégagement des débris de minerai qui sont recueillis dans la galerie inférieure. Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport à l'état actuel de la technique. Tout d'abord, les moyens de levage disposés dans la galerie supérieure pour soutenir et déplacer vers le haut les trains de tiges, de - 3_ 2612987 chaînes ou de câbles, ont uniquement à exercer un effort de traction, alors que dans la technique conventionnelle, ils sont également obligés de transmettre le couple important qui est nécessaire à l'entraînement du plateau de forage qui est disposé à la partie inférieure du train. Grâce au procédé selon l'invention, la section de forage est rectangulaire, ce qui d'une part simplifie grandement l'exploitation du massif de minerai du fait qu'il suffit de juxtaposer les passes d'exploitation successives avec éventuellement un recouvrement minimum et d'autre part permet d'améliorer notablement le taux d'exploitation du massif de minerai. Compte tenu du fait que les forages préliminaires visent uniquement à laisser passer les trains qui soutiennent l'appareil de fraisage, ces forages préliminaires peuvent être réalisés dans des couches de minerai même faiblement inclinées, la limite étant que les matériaux excavés par le procédé selon l'invention puissent s'évacuer spontanément par gravité jusqu'à la galerie inférieure. De même, l'utilisation de train de tiges, de chaînes ou de câbles conformément à l'invention, permet d'envisager des forages préliminaires non rectilignes qui suivent les ondulations du massif de minerai à exploiter et qui assurent ainsi un guidage utile de l'appareil de fraisage le long du minerai à exploiter. La présente invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison: un dispositif de fraisage comportant au moins deux paires de demi-tambours munies de dents entraînées en rotation en sens inverse par un dispositif moteur situé en- dessous desdits demi-tambours ou dans l'axe de ces derniers; un dispositif support constitué par exemple par un train de tiges, de chaînes ou de câbles destiné à supporter l'appareil de fraisage et à l'alimenter en énergie; et un dispositif de maintien et de traction destiné à maintenir le dispositif support à sa partie supérieure et à lui assurer un déplacement axial progressif vers le haut. Conformément à l'invention, le dispositif moteur de demi- tambours est de préférence constitué par un ou deux moteurs hydrauliques disposés dans l'axe des demi-tambours et fixés sur une plaque support verticale, ou, âme disposée entre les demi-tambours d'une même paire. Dans une variante de l'invention, le dispositif moteur peut être situé endessous des demi-tambours, le couple étant transmis à ces derniers par une transmission mécanique passant dans l'âme. 4 2 612987 Selon l'invention, il est également possible d'utiliser des moteurs électriques alimentés par des câbles qui sont reliés à leur extrémité supérieure à une source d'énergie électrique. On voit que le dispositif de fraisage conforme à l'invention est grandement simplifié par rapport aux appareils de fraisage conventionnels qui travaillent de haut en bas en raison du fait, d'une part que les débris de forage sont éliminés spontanément sous l'effet de la gravité et éventuellement de jets d'eau, et d'autre part, que le guidage de l'appareil de fraisage est assuré d'une manière simple par le dispositif de support constitué par exemple par le train de tiges, de câbles ou de chaînes qui est engagé dans le forage préliminaire. On peut de cette manière utiliser des fraises de grande puissance qui permettent des abattages horaires de minerai très importants. Conformément à l'invention, le train de tiges qui supporte l'appareil de fraisage peut en particulier être constitué par des éléments de tubes assujettis les uns au bout des autres par des raccords, les canalisations hydrauliques ou électriques nécessaires à l'entraînement des fraises étant situées à l'intérieur de ces éléments. Ce train de tubes peut être supporté à sa partie supérieure par un dispositif de mâchoires à vérins qui permet, de manière connue, d'assurer à la fois le maintien et le déplacement vers le haut du train de tubes. Conformément à l'invention l'appareil de fraisage peut également être supporté par un train de câbles ou de chaînes qui s'enroulent sur un ou plusieurs treuils situés dans la galerie supérieure, les canalisations d'alimentation en énergie et éventuellement en eau étant disposées de manière indépendante dans le forage préliminaire, comme cela peut être également le cas pour un train de tiges à section pleine. Conformément à une variante de l'invention les demi-tambours porte-fraises peuvent être fixés chacun à une âme constituée par deux demi- âmes réunies par des vérins par exemple hydrauliques qui en étant plus ou moins écartées l'une de l'autre peuvent faire varier la largeur du minerai abattu par les fraises pour l'adapter à la largeur de la veine de minerai. Si cela est nécessaire on peut interrompre le déplacement du dispositif vers le haut, lors des mouvements d'écartement des demi-âmes et des demi- tambours qui en sont solidaires. Conformément à l'invention on peut également utiliser une caractéristique dépendant du forage, telle que la puissance ou le couple absorbé par les fraises, leur vitesse de rotation ou encore la fréquence ou le niveau sonore des chocs des dents des fraises sur le minerai pour Z6 12987 _5 _ déterminer la variation de l'écartement des demi-tambours afin de suivre le filon de minerai. Dans le but de mieux faire comprendre la présente invention on va en décrire maintenant, à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif, un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure I est une vue schématique en coupe d'une exploitation minière fonctionnant selon la présente invention, - la figure 2 est une vue latérale d'un appareil de fraisage, selon l'invention, - la figure 3 est une vue de dessus correspondant à la figure 2, et - la figure 4 est une variante de la figure 3. On voit sur la figure 1, la galerie supérieure 1 et la galerie inférieure 2 qui ont été creusées de manière conventionnelle. Ces galeries peuvent être horizontales ou inclinées en fonction de la structure du gisement à exploiter. Dans le mode de mise en oeuvre de la figure 1, la galerie inférieure 2 est décalée vers la gauche par rapport à la galerie supérieure 1, de manière à permettre l'exploitation d'une veine de minerai qui a une inclinaison correspondant sensiblement à celle du parcours entre les deux galeries. Conformément à l'invention, on a réalisé entre les deux -5 galeries un forage préliminaire 3 de faible dimension, par exemple d'une dizaine de centimètres de diamètre. Un dispositif support 4 constitué dans le mode de réalisation représenté par une chatne ou un câble passe à l'intérieur de ce forage préliminaire 3 pour supporter à sa partie inférieure un appareil de forage 5 qui est constitué par deux paires 6 et 7 de demi-tambours munis de dents de fraisage à leur périphérie et entratnés en rotation en sens inverse, comme indiqué par les flèches. Conformément à l'invention, les demi-tambours peuvent également être entratnés en sens inverse, leur sens de rotation pouvant dépendre de la nature du gisement exploité. Ces demi-tambours sont supportés par un bâti 8 -relié au dispositif support 4. La partie supérieure de ce dispositif 4 est supportée par un treuil 9 placé dans la galerie supérieure 1. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, l'énergie, par exemple sous forme hydraulique ou électrique, qui est envoyée - 6 Z61-981 par des canalisations appropriées dans le forage préliminaire 3 parallèlement au câble ou à la chaîne 4, permet d'entraîner les demi- tambours 6 et 7 en rotation dans le sens des flèches, en désagrégeant ainsi le minerai qui se trouve entre les galeries 1 et 2, et dont les débris tombent, comme indiqué par les flèches, sur un tapis roulant 10 qui permet de les évacuer de la galerie inférieure. On comprend qu'en relevant progressivement l'appareil de fraisage 5 à l'aide du treuil 9 on peut extraire un volume de minerai qui correspond à la section des fraises 6 et 7. l0 Il suffit ensuite de renouveler l'opération tout le long des galeries 1 et 2 pour pouvoir extraire le minerai qui se situe entre ces deux galeries. On a représenté sur les figures 2 et 3 un mode de réalisation particulier de l'appareil de fraisage selon l'invention. Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, le dispositif support 4 est constitué par un train de tubes qui est relié à sa partie inférieure à une plaque support horizontale 8 rigidifiée à sa partie inférieure par des nervures longitudinales 11 et transversales 12. Dans le mode de réalisation représenté, deux nervures transversales 13 rigidifient également la plaque 8 par rapport au train de tubes 4. Deux âmes 14a et 14b munies chacune d'une semelle horizontale i5a, 15b sont assujetties sur la plaque de base 8 par des boulons dont les axes sont schématiquement représentés. Dans ce mode de réalisation, chaque âme 14a, 14b porte un moteur 16a, 16b sur l'axe duquel se trouvent montés les demi-tambours i7a, 17b, 18a, 18b dont le contour a été représenté en traits mixtes. Les angles intérieurs des demi-tambours sont échancrés en quart de cercle de manière à permettre le passage du train de tubes 4. Il est clair que sur les figures 2 et 3 les lignes en traits mixtes qui délimitent le pourtour des demi-tambours indiquent en fait les surfaces selon lesquelles se déplacent les extrémités des dents de fraisage qui sont fixées sur les demi-tambours. On a schématiquement représenté en 20 cinq canalisations qui se trouvent à l'intérieur du train de tubes 4. Ces canalisations 20 servent à alimenter en énergie hydraulique ou électrique les moteurs des fraises, ainsi, le cas échéant, qu'à injecter de l'eau sous moyenne ou haute pression pour faciliter la désagrégation du minerai. Dans le mode de réalisation décrit, la partie supérieure du train de tubes 4 est maintenue par un dispositif conventionnel non représenté, qui comporte des mâchoires pouvant 9tre remontées à l'aide de - 7 2612987 vérins élévateurs pour appliquer l'appareil de fraisage vers le haut avec une presion suffisante pour désagréger le minerai et le soulever progressivement au fur et à mesure qu'il effectue son travail. Lorsque les vérins élévateurs qui se trouvent dans la galerie 1 sont en fin de course, on assure le maintien en place du train de tubes 4 par des mâchoires auxiliaires fixes et on repositionne les mâchoires des vérins élévateurs en position basse, ce qui leur permet de soulever à nouveau l'appareil de fraisage. On a représenté sur la figure 4 une variante du mode de réalisation de la figure 3 dans laquelle les âmes 14a et 14b supportent les demi-tambours 16a, 16b par l'intermédiaire de demi-âmes 21a, 21b et 22a, 22b qui sont elles-mêmes supportées par des vérins hydrauliques 23 de telle sorte qu'en agissant sur ces vérins on peut déplacer axialement les demi- tambours 16a, 16b dans le sens des doubles flèches représentées sur la figure 4 et en conséquence les demi-fraises 17a, 18a, 17b, et 18b qui en sont solidaires, ce qui a pour effet de modifier la largeur de la partie de la veine de minerai qui est abattue par le dispositif selon l'invention. Dans le cas o en écartant les demi-tambours on laisserait au voisinage des âmes 14a, 14b un redan de minerai qui ne se romprait pas spontanément, il est possible, conformément à l'invention, d'interrompre le mouvement vers le haut du dispositif pendant les périodes durant lesquelles on écarte les demi-fraises l'une de l'autre pour entailler plus largement le minerai, alors que l'on reprend le déplacement vers le haut du dispositif après avoir ramené les demi-fraises l'une contre l'autre. On comprend que, grâce à cette variante de l'invention, il est possible d'adapter assez largement la largeur du travail des fraises à la largeur du filon de minerai qui est exploité. Conformément à l'invention, il est également possible de commander les vérins 23 pour donner aux demi-fraises un écartement qui correspond à la largeur du filon de minerai en utilisant une caractéristique du fonctionnement du dispositif selon l'invention telle par exemple que la puissance ou le couple absorbé par les fraises, la vitesse de rotation de ces dernières ou encore la fréquence ou le niveau sonore des chocs des dents des fraises sur le minerai, car d'une manière générale, les caractéristiques physiques du minerai sont sensiblement différentes de celles du terrain qui l'environne. On peut de cette manière faire en sorte que la plus grande partie du travail du dispositif selon l'invention s'effectue dans -le minerai -8- 2612987 et non dans le terrain qui l'entoure, ce qui augmente bien entendu le rendement de l'exploitation. Il est bien entendu que le mode de réalisation qui est décrit ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et qu'il pourra recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. _ g _ 2612987 -9- REVENDICATIONS 1. Procédé d'exploitation de gisements miniers selon lequel on réalise une galerie d'exploitation haute (1) et une galerie d'exploitation basse (2) qui sont situées de part et d'autre du gisement de minerai que l'on désire exploiter, puis un forage préliminaire (3) de faible diamètre entre les deux galeries précitées, caractérisé par le fait qu'à l'aide d'un dispositif support constitué par exemple par un train (4) de tiges, de chaînes ou de câbles, disposé dans le forage (3) et relié à sa partie supérieure à un dispositif de maintien et de traction (9) situé à l'intérieur de la galerie haute, on suspend un appareil de fraisage (5) comportant deux fraises tournant en sens inverse et que l'on déplace progressivement ledit appareil de fraisage (5) vers le haut à l'aide du dispositif support (4) tandis que le minerai qui est désagrégé par les dents de fraisage tombe par gravité sur un moyen de transport conventionnel (10) disposé dans la galerie inférieure (2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'appareil de fraisage comporte au moins deux paires de demi-tambours (6, 7) munis à leur périphérie de dents de fraisage qui sont entraînées en sens inverse par un dispositif moteur (16a, 16b) situé dans l'axe des demi-tambours (6,7) ou au-dessous de ces derniers. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la section de travail de l'appareil de fraisage (5) est sensiblement rectangulaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on réalise entre la galerie supérieure (1) et la galerie inférieure (2) plusieurs forages préliminaires (3) qui permettent le passage de plusieurs dispositifs supports supportant l'appareil de fraisage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on envoie des jets d'eau à moyenne ou à haute pression sur le minerai qui est en cours de fraisage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on réalise des forages préliminaires non rectilignes de manière à suivre les ondulations du massif de minerai à exploiter, lesdits forages préliminaires servant de guidage à l'appareil de fraisage le long du minerai à exploiter. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on fait varier la largeur occupée par l'appareil de fraisage pour l'adapter à la largeur du filon à abattre. - 10 - 2Z61Z2987 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que l'on fait varier la largeur des fraises de l'appareil de fraisage en fonction d'une caractéristique liée au travail des fraises telle que par exemple la puissance ou le couple absorbé par les fraises, la vitesse de rotation de ces dernières ou encore la fréquence ou le niveau sonore des chocs des dents des fraises sur le minerai. 9. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison: un dispositif de fraisage (5) comportant au moins deux paires de demi-tambours (6,7,17a,17b,18a,18b) munis de dents et entra!nés en rotation en sens inverse par un dispositif moteur (16a, 16b) situé en-dessous desdits demi-tambours ou dans l'axe de ces derniers; un dispositif support (4) constitué par exemple par un train de tiges, de chaines ou de câbles, destiné à supporter l'appareil de fraisage (5) et à l'alimenter en énergie; et un dispositif de maintien et de traction (9) destiné à soutenir ledit dispositif support (4) à sa partie supérieure et à lui assurer un déplacement axial progressif vers le haut. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif moteur des demi-tambours est constitué par au moins un moteur hydraulique (16a) disposé dans l'axe des demi-tambours (17a,17b,18a,18b) et fixé sur une plaque support verticale ou ame (14a,14b) placée entre les demi-tambours d'une même paire. 11. Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le dispositif moteur est constitué par un ou plusieurs moteurs électriques alimentés par des canalisations qui passent dans le forage préliminaire (3) et aboutissent dans la galerie supérieure (1) à une source d'énergie électrique. 12. Appareil selon l'une des revendications 9 et 10, :aractérisé par le fait que le dispositif moteur est situé en-dessous des demi-tambours, le couple étant transmis à ces derniers par une transmission mécanique passant dans l'âme. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait que le dispositif support (4) qui supporte l'appareil de fraisage est constitué par des éléments de tube assujettis les uns au bout des autres par des raccords, les canalisations hydrauliques ou électriques nécessaires à l'entraînement des fraises ainsi qu'éventuellement des canalisations d'eau étant situées à l'intérieur de ces tubes. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le train de tubes est supporté à sa partie supérieure par un - il - 2 61ià987 dispositif de mâchoires à vérins qui permet, de manière connue, d'assurer à la fois le maintien et le déplacement vers le haut du train de tubes. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé par le fait qu'il est supporté par un train de câbles ou de chaînes qui s'enroule sur un ou plusieurs treuils situés dans la galerie supérieure, les canalisations d'alimentation d'énergie et éventuellement en eau étant disposées de manière indépendante dans le forage préliminaire. 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 9 à , caractérisé par le fait que les deux demi-tambours d'une paire peuvent être écartés axialement de façon à abattre une largeur variable de minerai. 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé par le fait qu'il comporte un détecteur des caractéristiques de l'abattage du minerai telles que par exemple la puissance, la vitesse de rotation ou le couple appliqué aux fraises ou encore la fréquence ou le niveau sonore des chocs des dents des fraises sur le minerai, ces caractéristiques étant utilisées pour adapter la largeur de forage à la largeur du filon du minerai à abattre.