Brevet FR2640784A1 — publié le 19900622

L'invention concerne un procédé et une installation de surveillance continue à distance de puits de mine abandonnés. I1 existe dans les bassins miniers de très nombreux puits (ou "descenderies") abandonnés. En effet une mine, ou partie de mine, a une durée de vie limitée et, lors de 1'arrêt de 1'exploitation, on est conduit a mettre l'abandon le puits ou du moins, plus généralement, l'accès de surface de ce puits. Cet abandon a pu, au cours des temps, être réalisé de manieres très diverses, depuis la simple couverture superficielle du puits jusqu'a la mise en sécurité totale (notamment par un remblayage approprié). La plupart des remblayages de puits qui ont été réalisés dans le passé ne présentent malheureusement pas toutes les garanties vis-a-vis de la sécurité. Ceci est d'ailleurs confirmé par des incidents plus ou moins nombreux qui se sont produits notamment en France, en Grande-Bretagne et en Allemagne. Les deux risques majeurs présentés par un puits de mine abandonné résultent de deux types d'évènements - la remontée en surface de gaz explosibles (grisou, composé essentiellement de méthane) pour certains types de mines, - l'affaissement des remblais (leur écoulement dans les vides laissés par l'exploitation) dans le cas où le puits a été effectivement remblayé. Le premier de ces évènements peut d'ailleurs être une conséquence du second. Les manifestations possibles de ces événements sont : - dans le premier cas, l'apparition en surface, donc dans des zones fréquentées par des personnes, de gaz susceptibles de créer une explosion, - dans le deuxième cas, l'effondrement des terrains avoisinant la tête de puits et la création d'un "cratère" autour de celui-ci. Jusqu'à présent lorsqu'une solution de surveillance de puits abandonnés a été mise en place, elle a simplement consisté en un contrôle périodique (en général annuel) des puits par du personnel spécialiste qui procède, lorsque cela est possible - à un examen visuel de la position des remblais dans le puits (lorsque le puits en question est remblaye), - a une mesure de la teneur en méthane au moyen d'un appareil portatif. Or le besoin se fait de plus en plus sentir d'un dispositif de surveillance permanente, a défaut duquel certaines administrations "gèlent" les terrains avoisinant des puits abandonnés dans un rayon de 10 a 100 m en donnant un avis défavorable à toute construction nouvelle. L'invention vise a répondre à ce besoin de surveillance permanente en s'intéressant aux deux risques précités. L'objectif est de détecter précocement l'apparition de l'un ou l'autre de ces évènements ou des deux à la fois. L'invention vise en outre à permettre d'assurer à distance cette surveillance continue. Le domaine d'application de l'invention est typiquement celui des mines de charbon ou lignite (puits et descenderies), mais aussi celui des mines susceptibles d'être le siège de production de grisou (sel, potasse, argiles...). D'autres applications sont également possibles si l'on se limite a la seule surveillance du remblai. L'invention propose ainsi, de façon générale, un procéde de surveillance d'un puits de mine abandonné remblayé caractérisé en ce qu'on surveille en continu le comportement du remblais de ce puits et, lorsqu'un mouvement de ce remblais est détecté, on déclenche un processus d'alarme avec émission d'un message téléphonique. Selon des dispositions préférées - on surveille également une grandeur caractéristique de la teneur en grisou en tête du puits et lorsque cette grandeur dépasse un seuil prédéterminé, on déclenche ledit processus d'alarme - le processus d'alarme comporte une phase préliminaire d'alarme locale, ladite émission d'un message téléphonique étant déclenchée en l'absence de réaction manuelle locale pendant cette phase d'alarme locale. L'invention propose également une installation de surveillance permanente d'un puits de mine abandonné remblayé caractérisé en ce qu'elle comporte un détecteur de mouvement de remblais, disposé a la partie supérieure du remblais du puits, connecté par un circuit de détection de mouvement de remblais au travers d'une unité d'isolement à une unité d'alarme comportant un transmetteur téléphonique relié & une ligne téléphonique, et adaptée a suivre un processus d'alarme avec émission d'un message téléphonique d'alarme en réaction à un signal de mouvement de remblais provenant de ce détecteur. Selon des dispositions préférées de l'invention - le signal de mouvement de remblais est émis par le détecteur par ouverture d'un contact dans le circuit le reliant à l'unité d'alarme, - elle comporte en outre un capteur grisoumétrique, dispose å la partie supérieure du remblais du puits, connecté par un circuit de détection de grisou au travers d'une unité d'isolement a cette unité d'alarme, cette unité d'alarme étant également adaptée à émettre ce message téléphonique d'alarme en réaction a un signal de grisou provenant de ce capteur lors du dépassement du seuil préfixé - le signal de grisou est émis par le capteur par ouverture d'un contact dans le circuit le reliant i l'unité d'alarme - le transmetteur téléphonique relié au détecteur de mouvement de remblais, au circuit de détection de grisou, à la ligne téléphonique et a une ligne d'alimentation par laquelle l'unité d'isolement est alimentée - l'unité d'alarme comporte un dispositif d'alarme locale muni d'un organe de manoeuvre locale adapté, en réaction à une action manuelle locale (acquittement de l'alarme), à désactiver le transmetteur téléphonique pendant un processus d'alarme, celui-ci étant muni d'une temporisation imposant un retard prédéterminé pour l'émission du message téléphonique après l'activation du dispositif d'alarme locale - l'unité d'alarme est reliée au secteur électrique par une unité d'alimentation de secours comportant des accumulateurs. Une telle installation peut surveiller en continu plusieurs ouvrages abandonnés, dès lors qu'un détecteur de mouvement de remblais connecté a ladite unité d'alarme, au travers de ladite unité d'isolement, est disposé dans chaque puits. Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est le schéma d'une installation conforme à l'invention, de surveillance permanente avec téléalarme d'un puits abandonné - la figure 2 est le schéma de l'unité d'isolement de cette installation - la figure 3 est le schéma de l'unité d'alarme de cette installation ; et - la figure 4 est le schéma de l'unité d'alimentation de secours de cette installation. Telle que représentée å titre d'exemple å la figure 1, une installation 1 adaptée i surveiller en continu un puits abandonné 2 remblayé par des remblais 2A et a déclencher a distance une alarme, se compose de quatre unités, i savoir une unité 3 de détection/mesure, une unité d'isolement 4, une unité d'alarme 5 et une unité d'alimen tation générale de secours 6. Cette installation est connecté & une source permanente d'énergie électrique, ici le secteur électrique. L'unité 3 de détection/mesure se trouve à proximité immédiate du puits 2 et comporte un detecteur de remblais 7 et un capteur grisoumétrique 8. Le détecteur 7 est formé d'un simple interrupteur électrique dont le contact électrique, normalement fermé, s'ouvre lorsque le remblai s'affaisse, ne serait-ce que de quelques centimètres. Cet interrupteur est manoeuvré par un système à levier 7A et contrepoids 7B posé sur le sommet des remblais 2A, sous une plaque ou dalle de couverture 9. I1 s'agit par exemple d'un interrupteur de position å corps métallique étanche avec tête å mouvement angulaire. Ce détecteur communique par une ligne 10, par exemple enterrée, A l'unité 4 d'isolement ou de sécurité. Le capteur grisoumétrique 8 comporte un bloc de commande 11, ici situé dans un coffret (métallique étanche), extérieur au puits, relié par une ligne 13 à une cellule de mesure 14 également portée par la dalle 9 au dessus des remblais. Ce bloc de commande relève la teneur instantanée 'en grisou (ou une grandeur représentative de cette teneur) et la compare à un seuil maximum de consigne stocké dans une mémoire asociée. En cas de dépassement de ce seuil, un contact électrique, normalement fermé, est ouvert au sein de ce capteur. Le capteur 8 est relié à l'unité 4 par des lignes 16 et 17 d'information et d'alimentation respectivement. Le coffret extérieur 12 comporte avantageusement une résistance chauffante 15 thermostatée, par exemple de 100 W, alimentée ici par l'unité 6 gracie à une ligne 18 ici enterrée. Dans le cas où plusieurs ouvrages (puits) voisins sont à surveiller, on peut utiliser plusieurs couples "détecteur 7 - capteur 8". on peut aussi n'utiliser que l'un ou l'autre des éléments, par exemple uniquement le détecteur de présence de remblai 7 si l'on est sûr de ne jamais être en présence de grisou (mine de fer par exemple). Les capteurs et circuits électriques choisis dans le cas où l'on peut être en présence de grisou A la tête du puits sont des capteurs dits de sécurité vis-avis du grisou et agréés ou certifiés comme tels. Ainsi qu'il ressort de la figure 2, l'unité 4 d'isolement comporte un transformateur d'alimentation et d'isolement 20 alimentant en parallele, par des lignes 21 å 23, un bloc d'alimentation 24 auquel aboutit la ligne 17 d'alimentation du capteur 8, un premier module de télécommande 25 auquel aboutit la ligne d'information 16 et un second module de télécommande 26 auquel aboutit la ligne d'information 10 provenant du détecteur 7. Ces modules 25 et 26 communiquent avec l'unité d'alarme 5 par des lignes 27 et 28 sur lesquelles sont transféres les signaux d'ouverture et de fermeture. A titre d'exemple, le transformateur d'alimentation et d'isolement 20 est alimenté en 220 V par une ligne 29 et alimente en 24 V chacun des blocs ou modules 24 Le Le bloc 24 délivre sur la ligne 17 une tension xor.linue de 5 V. Un fusible 30 est avantageusement prévu sur la ligne 25 du bloc d'alimentation 21. Le bloc d'alimentation 24 et le capteur de grisou 8 sont choisis conjointement en sorte i être visés par un arrêté d'agrément "Haute Sécurité Intrinseque" (selon les regles françaises "Nines") et un arrêté d'autorisation "Haut Niveau de Sécurité". On appréciera que ce bloc 24 constitue une "barrière" de sécurité entre le circuit d'alimentation du capteur 8, constitué par la ligne 17, et qui est de sécurité vis 9 vis du grisou, et les circuits 21, 20, 29 situés en amont, et qui ne sont pas de sécurité (ici par exemple, courant électrique secteur). De même, les modules de télécommande 25 et 26 possèdent un certificat de conformité les rendant de "sécurité Intrinsèque" (Catégorie ia suivant les normes européennes), ainsi qu'un arrêté d'autorisation "Haut Niveau de sécurité". Ils constituent des barrières de sécurité entre les circuits 10 et 16 normalement fermés et les circuits amont 20, 22, 23, 27, 28, 29. L'unité d'alarme 5 de la figure 3 comporte principalement un transmetteur téléphonique 35 de type digital et & synthèse vocale connecté d'une part aux deux lignes d'information 27 et 28, d'autre part à une ligne téléphonique 36. De manière avantageuse une quatrième de ses entrées est connectée à la ligne d'alimentation 29 connectant le transformateur d'isolement 20 à l'unité d'alimentation 6. Il s'agit par exemple d'un transmetteur téléphonique & 8 entrées ; il possède avantageusement sa propre alimentation 220 V/12 V avec batterie d'accumulateurs incorporée. Cette unité d'alarme 5 comporte en outre un dispositif d'alarme locale 37, ici comportant une alarme visuelle 38, telle qu'une lampe å éclats, et une alarme sonore 39, telle qu'une sonnerie. Ce dispositif d'alarme locale 37 est muni d'un organe manuel d'acquittement d'alarme 40 tel qu'un bouton-poussoir, permettant d' "acquitter", c'est-a-dire d'interrompre le processus d'alarme. Deux boutons-poussoirs 41 et 42 sont de préférence prévus sur les lignes d'interrogation 27 et 28 pour permettre de tester, par ouvertures des circuits constitués par ces lignes, le bon fonctionnement de l'installation. Cette unité d'alarme 5 comporte en outre un dispositif anti-foudre 43 sur la ligne téléphonique 36, ainsi qu'un dispositif anti-foudre 44 monté sur une ligne 45 de connection de l'installation (ici l'unité d'alimentation générale 6) au secteur électrique. Cette unité d'alimentation générale de secours 6 à la figure 4 assure l'alimentation en énergie de l'ensemble des éléments constitutifs de l'installation, même en cas de coupure de l'alimentation secteur par la ligne 45. Elle assure donc pour l'installation une alimentation générale de secours. Lorsque le capteur de grisou 8 et l'unité d'alarme 5 possèdent, comme cela a été précisé ci-dessus, des accumulateurs propres, on obtient ainsi deux niveaux successifs de secours, assurant une autonomie fiable en cas de panne secteur. Cette unité 6 est par exemple constituée par un onduleur-chargeur 50 (par exemple de 200 VA environ) muni de ses batteries d'accumulateurs, adapté & doter l'installation d'une autonomie d'une heure environ, ou plus. Dans l'exemple représenté, le coffret 12 se trouve en plein air tandis que les unités 4, 5 et 6 sont disposées à distance, a l'intérieur d'un bâtiment 60 situé au voisinage du puits 2, par exemple à quelques dizaines de mètres de celui-ci. Lorsqu'aucun bâtiment n'est disponible, ces unites 4 & 6 sont, comme l'unité 12, enfermées dans des coffrets robustes fermés à clef et chauffés, pour assurer un fonctionnement correct des divers blocs dans ltéven- tualité de conditions sévères de temperature et/ou d'humidité. Les diverses lignes mentionnées ci-dessus sont en pratique bifilaires (les signaux qui y circulent sont de faible intensité). En cas d'ouverture de l'un ou l'autre des circuits associés au capteur de grisou 8 ou au détecteur de remblais 7, soit par ouverture des contacts associés, soit en cas d'anomalie (par exemple par court-circuit ou par rupture de l'un des fils) l'unité d'alarme 5 déclenche un processus d'alarme. préétabli comportant une phase d'alarme Dans un premier temps, la centrale d'alarme provoque l'émission locale d'un signal lumineux en 38 et d'un signal sonore en 39, nécessitant l'acquittement, sur le bouton approprié 40, de l'alarme, ceci dans un delai donné, par exemple de 15 minutes. Dans un second temps, si l'alarme n'a pas été acquittée localement au bout du délai en question, la centrale d'alarme transmet par la ligne 36 un message téléphonique prédéterminé en direction d'un ou plusieurs (en pratique quatre) numéros de téléphone pre-selectionnés, par exemple sous la forme d'un message phonique synthétisé vers deux numéros, et un message digital vers deux autres numéros. Le destinataire du message doit acquitter cette alarme à l'aide d'un boîtier spécial. La transmission de l'alarme peut se faire soit par synthèse vocale, soit en mode numérique å destination d'un poste de réception approprié, soit des deux façons à la fois. La centrale d'alarme peut également surveiller l'état de l'alimentation secteur et de la ligne téléphonique et émettre, en cas de défaut, une alarme similaire à celle produite par une anomalie au droit de l'ouvrage minier. A titre d'exemple de réalisation les éléments constitutifs de l'installation portent les références suivantes - capteur de grisou : Oldham GTM 741 G (licence CdF CERCHAR), - détecteur de remblais : Télémécanique XC2-JC-10131, - bloc d'alimentation 24 : Oldham, circuit enrobé de charge par GTM, - télécommandes 25 et 26 : SAIT, module de télécommande de type RN, - transmetteur téléphonique : SERIEE EROM 8. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance d'un puits de mine abandonné remblayé (2) caractérisé en ce qu'on surveille en continu (7, 4) le comportement du remblais de ce puits et, lorsqu'un nouvement de ce remblais est détecté, on déclenche un processus d'alarme avec émission (5, 36) d'un message téléphonique. 2. Procédé selon la revendication 1, carac terse en ce qu'on surveille également (8) une grandeur caractéristique de la teneur en grisou en tête du puits et lorsque cette grandeur dépasse un seuil prédéterminé, on déclenche ledit processus d'alarme. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le processus d'alarme comporte une phase préliminaire d'alarme locale (37), ladite émission d'un message téléphonique étant déclenchée en l'absence de réaction manuelle locale pendant cette phase d'alarme locale. 4. Installation de surveillance permanente d'un puits de mine abandonné remblayé (2) caractérisé en ce qu'elle comporte un détecteur (7) de mouvement de remblais, disposé à la partie supérieure du remblais du puits, connecté par un circuit de détection de mouvement de remblais au travers d'une unité d'isolement à une unité d'alarme (5) comportant un transmetteur téléphonique (35) relié å une ligne téléphonique (36), et adaptee à suivre un processus d'alarme avec émission d'un message téléphonique d'alarme en réaction & un signal de mouvement de remblais provenant de ce détecteur. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ce signal de mouvement de remblais est émis par le détecteur par ouverture d'un contact dans le circuit le reliant & l'unité d'alarme. 6. Installation selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un capteur grisoumétrique (8), disposé å la partie supérieure du remblais du puits, connecté par un circuit de détection de grisou au travers de cette unité d'isolement (4) à cette unité d'alarme, cette unité d'alarme étant adaptée à émettre ce message téléphonique d'alarme en reaction a un signal de grisou provenant de ce capteur. 7, Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ce signal de grisou est émis par le capteur par ouverture d'un contact dans le circuit le reliant à l'unité d'alarme. 8. Installation selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que le transmetteur téléphonique (35) est relié au circuit de détection de mouvement de remblais (7), au circuit de détection de grisou (8), à la ligne téléphonique (36) et a une ligne d'alimentation (29) par laquelle l'unité d'isolement (4) est alimentée. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 a 8, caractérisée en ce que l'unité d'alarme (4) comporte un dispositif d'alarme locale (37) muni d'un organe de manoeuvre locale (40) adapté, en réaction à une action manuelle locale, à désactiver le transmetteur téléphonique, celui-ci étant muni d'une temporisation imposant un retard prédéterminé pour l'émission du message téléphonique après l'activation du dispositif d'alarme locale. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que l'unité d'alarme est reliée au secteur électrique (45) par une unité d'alimentation de secours (6) comportant des accumulateurs. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 i 10, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un autre détecteur de remblais disposé à la partie supérieure d'un autre puits, relié à ladite unité d'alarme.