Brevet FR2652382A1 — publié le 19910329

L'invention concerne un procédé de remblayage des espaces vides d'un champ de foudroyage des travaux souterrains dans le cas d'exploitation par taille ou similaire, en introduisant des matériaux de remplissage susceptibles de s'écouler, de granulométrie fine ou très fine, dans des espaces vides se produisant lors de la chute du toit. Lors de l'abattage de gisements en couches, l'affaissement des terrains sus-jacents est en partie réduit par le fait que l'on met en place du remblai. La mise en place du remblai, qui peut, le cas échéant, réduire considérablement les dégâts miniers, est toutefois, dans la pratique, la plupart du temps limité à des zones dans lesquelles un foudroyage pur ne peut avoir lieu car, alors, les dégâts miniers au jour, ou même au fond, deviendraient trop grands. A partir du brevet DE-PS 34 13 602 et du brevet DE-PS 34 40 783, on connait un procédé par lequel le champ de foudroyage se produisant lors du foudroyage en taille dans l'arrière taille est rendu, par l'injection de matériaux de remplissages de granulométrie fine, si dense que l'affaissement des couches du toit peut ainsi être réduit considérablement. Le mélange, constitué de matériau de remplissage de granulométrie fine ou très fine et d'eau, est, au moyen de pompes, mis en place en le faisant sortir directement de forages ou de conduites d'amenée, pour remplir en continu les vides se produisant dans ce cas. De ce fait, il n'est plus nécessaire de maintenir ouvert l'espace vide créé derrière le chantier d'abattage aussi longtemps que le remblai n'a pas été mis en place. On peut même pratiquement effectuer un foudroyage normal, et on peut ensuite effectuer les travaux supplémentaires du post-remblayage. Ce procédé s'est montré possible à appliquer dans l'exploitation des mines de houille. Dans le domaine de l'exploitation de la potasse, et également dans le domaine de l'exploitation de minéraux analogues, avant tout si ces minéraux peuvent être exploités par le procédé des tailles à foudroyage, la mise en place de remblai s'est montrée impossible à appliquer. Dans l'exploitation de la potasse, on ne remblaye que dans des gisements particuliers. En République Fédérale Allemande, dans le district de Hanovre, o les couches sont très puissantes et ont un pendage presque vertical, on a dû introduire un procédé spécial, ce que l'on désigne sous le nom d'abattage par soutirage. Par contre, dans la région de la Werra, les couches sont horizontales, de telle façon que la mise en place du remblai est rendue difficile, et même impossible, comme également dans le secteur du gisement de potasse d'Alsace. A la mise en place de remblai, il s'oppose, avant tout, le problème que le remblai est constitué de rejets humides de sel qui, en libérant leur humidité, dégradent les conditions de travail. Mais, en réduisant le taux d'humidité, on a une pâte de sel trop visqueuse pour pouvoir la transporter et la remblayer hydrauliquement. De plus, les mines de potasse concernées donnent, comme raison du renoncement au procédé par remblayage, la nécessité d'éviter, par un foudroyage rapide et régulier, les effondrements de toit et les dégagements de gaz. Pour les raisons indiquées, le remblayage n'a pas pu, jusqu'à maintenant, représenter la solution du problème posé. Mais, maintenant comme auparavant, 5 millions de tonnes de sel sont rejetées chaque année dans le Rhin dans le secteur alsacien. De même, par l'introduction de sel dans la Werra, ce fleuve est si chargé qu'il se produit des dommages à la flore et à la faune et, avant tout également, pour l'utilisation de l'eau du fleuve pour la production d'eau potable. Malgré tous les facteurs contraignants existant jusqu'à maintenant, aucun progrès décisif n'est intervenu pour l'introduction de sel dans les cours d'eau. L'invention s'est donc fixé pour but de créer un procédé de remblayage rendant à l'avenir inutile l'envoi des rejets de sel dans les cours d'eau, et de créer également une suspension susceptible d'être pompée, pouvant être épandue même dans les mines de potasse. Ce problème est résolu selon l'invention par le fait qu'aux matériaux de remplissage sont mélangées des suspensions de sel, des solutions de sel, saturées ou non saturées, et que la suspension résultante est ensuite injectée dans le champ de foudroyage pour remplir les espaces vides. Tandis que des essais de fabrication de pâte de sel comportant le moins d'eau possible ont échoué sur le fait que cette pâte ne peut plus alors être transportée hydrauliquement, parce qu'elle devient trop visqueuse et que le sel précipite trop t8t, on obtient, de façon étonnante, en mélangeant un appoint de matériaux de remplissage adaptés, de granulométrie fine ou très fine, une suspension susceptible d'être pompée, qui non seulement peut être transportée hydrauliquement, mais aussi peut être injectée avec des pompes dans les espaces vides se produisant dans le champ de foudroyage. Le matériau cède son trop-plein d'eau au tas de foudroyage, ou, dans le cas de grands volumes vides, il est retenu par des liants adaptés et fait en sorte que l'affaissement des terrains est diminué de façon essentielle. Mais avant tout, par le procédé selon l'invention, on arrive à remblayer de grandes quantités de sels résiduaires en les renvoyant directement au fond, et cela, avec un matériau qui, autrement, serait très difficile à mettre en dépôt au jour. La suspension correspondante ne change pas de propriétés caractéristiques d'écoulement dans les canalisations et tuyaux, les pompes et les bassins de stockage, même après 48 heures, de telle façon que le matériau, une fois préparé, peut, dès lors, être mis en place même en envoyant le remblai par opérations successives. En raison de la forte proportion de matériau solide, de la teneur en eau correspondante faible et de la mise en place dans le tas de foudroyage, loin en arrière de l'emplacement actif de la taille, il n'y a pas à attendre de perturbation importante de l'aérage, même dans l'exploitation minière de potasse. Comme, du reste, l'eau est pratiquement à peine libérée de la suspension, avec un matériau durci, ou qui n'est plus susceptible de s'écouler, une perturbation de l'environnement ne peut, non plus, intervenir. D'après une forme d'exécution avantageuse du procédé selon l'invention, il est prévu que des rejets de traitement provenant de préparation des charbons, des rejets de centrales thermiques ou d'incinération et des matériaux similaires à basse teneur en eau, soient mélangés avec des solutions de sel, saturées ou non saturées, et soient ensuite utilisées pour le remblayage. Dans ce cas, une double valorisation des rejets difficilement valorisables est ainsi possible, ce qui améliore la rentabilité du procédé. Le fait de faire disparaître en même temps de cette façon les rejets dans le foudroyage d'exploitations minières de houille, de potasse, ou autres mines, est avantageux et possible là o deux zones d'exploitation sont directement voisines. Dans des cas spéciaux, avant tout pour le remplissage de volumes vides plus grands, il est avantageux qu'à la suspension fabriquée à partir de matériaux de remplissage de granulométrie très fine à fine et d'une solution de sel, soit ajouté par mélange un liant, de préférence à effet de prise retardée, pour ainsi, dans un intervalle de temps déterminé, assurer la prise de la suspension ou, d'un autre côté, garantir, pour une certaine période de temps, dans tous les cas, la possibilité de pompage. De plus, on peut ainsi obtenir que le matériau, mis en place avec la suspension dans les vides du remblai, ne libère pas d'eau, ou libère de l'eau avec tant de retard que l'on n'ait plus, de ce fait, à craindre une perturbation de l'exploitation. Si on doit, comme matériau de remblayage, utiliser avant tout du sel, il est avantageux qu'à la solution saturée de sel, soit ajouté comme matériau de remplissage, pour partie, du sel de granulométrie très fine à fine, ce qui permet d'intégrer, et de remblayer, une quantité encore plus grande du matériau solide (sel) à éliminer, ou à utiliser comme remblai. Des essais avec du simple sel de cuisine, comme ils ont d'abord été effectués, ont montré qu'en considérant la granulométrie existante, une pâte salée comportant 15 à 20 % d'eau et des terres de flottation avec 28 à 33 % d'eau, mélangés en gros dans un rapport de 80: 20, remplissent alors les conditions pour un transport hydraulique et l'injection sous pression dans les espaces vides du champ de foudroyage. Dans ce cas, il est alors possible, avec une quantité relativement faible de terres de flottation, c'est- à-dire donc de matériaux de remplissage de granulométrie très fine à fine, de traiter de très grosses quantités de sel, c'est-à-dire de sel résiduaire provenant de la préparation de la potasse, de telle façon que, sans dommage causé au régime des eaux, elles puissent être avantageusement renvoyées au fond. Sachant que, pour un transport hydraulique dans de bonnes conditions, il est nécessaire d'avoir une proportion déterminée de produit de granulométrie la plus fine, l'invention prévoit de diminuer la proportion de la pâte de sel comportant une granulométrie croissante. On dispose ainsi d'un matériau toujours susceptible d'être pompé, qui, de plus, peut toujours être injecté dans de bonnes conditions dans les espaces vides se produisant dans le foudroyage. Pour être certain que le chantier d'abattage proprement dit, c'est-à-dire la zone de la taille, ne sera en aucun cas influencée par le matériau de remblayage apportant avec lui une certaine quantité d'humidité, l'invention prévoit que la suspension, après que le foudroyage se soit produit, est injectée dans les espaces vides qui se forment ou déjà existants. Dans ce cas, il se produit d'abord, en face de la zone de la taille, une bute de protection, grâce à laquelle le matériau injecté ne peut être chassé dans la taille par la pression. De plus, ces zones ne sont remblayées qu'ultérieurement, pour pouvoir ainsi envoyer au fond les quantités les plus grandes possible de sel de rejet. Pour l'exécution du procédé, on se sert en particulier d'une suspension pour laquelle l'eau est, en partie ou en totalité, remplacée par des solutions saturées ou non saturées. Comme aussi bien la pâte de sel, que le matériau de remplissage de granulométrie très fine à fine, présente une certaine teneur en eau, il n'est, en règle générale, pas possible de remplacer la totalité de l'eau par des solutions correspondantes de sel, mais cependant la solution de sel prend naturellement une partie de l'humidité présente dans les autres matériaux et la maintient en combinaison de telle façon que l'humidité totale atteigne un degré qui exclue une perturbation de l'aérage et, de ce fait, de l'ensemble de l'exploitation. Une suspension, particulièrement favorable à transporter et à remblayer, est celle pour laquelle la proportion de matériau de remplissage de granulométrie fine à très fine est en gros de 15%, la proportion de sel est en gros de 64% et la proportion d'eau, contenue dans le matériau de remplissage et le sel, est en gros de 21%. Dans ce cas, il faut retenir qu'une telle suspension, ou la composition de la suspension, se règle également d'après la répartition granulométrique de sel. L'invention se distingue par des avantages importants par rapport à tous les procédés et essais antérieurs, pour éviter le salage des cours d'eaux par l'introduction de sel comme rejet du traitement de la potasse. En premier, il est possible de renvoyer presque totalement vers le fond le sel résiduaire, et, là, de le remblayer de telle façon que l'exploitation ne soit pas perturbée et rendue non rentable, mais qu'au contraire, elle puisse, au moins, être poursuivie de la manière antérieure. Le procédé permet de mettre en place une suspension qui, par le mélange d'une pâte de sel et de matériaux de remplissage de granulométrie très fine à fine, reste si stable qu'elle puisse très facilement être transportée hydrauliquement, même après de longs temps d'immobilisation. En même temps, l'eau reste combinée de telle façon qu'elle ne puisse pas influencer de façon défavorable les conditions du climat du fond. On comprend qu'avec le procédé selon l'invention, on peut traiter les volumes vides, non seulement dans les mines de potasse, mais aussi dans des domaines miniers analogues, de façon à pouvoir être certain que pratiquement la totalité du sel résiduaire puisse être éliminé sans dommage pour l'environnement. Le salage des cours d'eau, comme le Rhin, effectué jusqu'à maintenant, disparait, de telle façon que les contraintes sur la flore et la faune peuvent être diminuées et que l'on puisse prélever de nouveau sans problème l'eau du fleuve pour la production d'eau potable. De ce fait, cela donne une signification importante au procédé selon l'invention pour la politique d'environnement. On décrira ci-après brièvement le procédé à l'aide de deux figures: La figure 1 est une vue en plan d'un chantier d'exploitation 1, dans lequel l'abattage du minerai en place 2 se fait par taille, et cela par taille à foudroyage. Le long du front d'abattage, est placé un convoyeur de taille 3, recouvert en partie sur la représentation de la figure 1 par le soutènement 4. En traversant la taille 5 et au moyen du convoyeur 3, le matériau abattu, c'est-à-dire par exemple le sel de potasse, est emmené dans une des deux galeries 7, 8 et, de là, transporté vers le jour, par exemple au moyen de bandes. Au jour, a lieu le traitement du sel de potasse. Au cours de cette opération, on produit du sel résiduaire. Le sel résiduaire est ensuite de nouveau remblayé au fond dans le champ de foudroyage 6, ce pour quoi conduit une conduite d'amenée 9 allant d'un silo central ou du jour jusqu'au chantier d'exploitation, o, ensuite, dans le cas de l'exemple d'exécution de la figure 1, le matériau de remblayage est injecté à partir des voies de tête 7 et de base 8, au moyen de pompes de remblayage 10 et de conduites d'amenée 9', 9". Ce matériau de remblayage est constitué, pour une partie, du sel résiduaire et, pour l'autre partie, de matériau de remplissage de granulométrie fine à très fine, par exemple des terres de flottation ou des rejets de centrale thermiques ou des rejets les plus fins d'incinérations. Cette suspension est ensuite utilisée pour le remplissage des volumes vides 11, 12, comme on peut le voir sur la figure 2, de telle façon que l'on obtient un foudroyage rempli de façon homogène. Dans le cas du soutènement représenté ici, il s'agit d'un soutènement à bouclier, le matériau de remblayage étant ici mis en place au moyen de tubes ripables 15. Exemple Fabrication d'une suspension sur la base de sel (NaCl) pour le remblayage après coup des vides de foudroyage. 1. Fabrication d'une solution saturée de sel Eau 208,8 cm3 (20 C) Sel de cuisine (NaCl) 73,1 g, ou 35 g de sel par cm3 d'eau Par agitation, le sel se dissous, sauf un résidu minime. 2. Autre apport de sel en quantités partielles de q chacune On agite après chaque appoint de sel. Le sel ne continue pas à se dissoudre. Après fin de l'agitation, le sel se dépose aussitôt, comme du sable. Du sel aggloméré est dissocié. Après 500g, la masse de sel humide devient toujours plus visqueuse et difficile à agiter. Après 850g, le niveau de la solution de sel dans le récipient d'agitation est presque le même que le niveau du sel déposé. La pâte de sel, constituée de: Eau 208,8 cm3 Sel 923 g, ou cw = 81,5% en poids d'eau est, pour le transport hydraulique, trop visqueuse. Le sel se dépose de suite. Pour le remblayage après coup des vides de foudroyage, cette suspension sel-solution de sel n'est pas adaptée. 3. Ajout, par mélanqe, de terres de flottation Le comportement défavorable de la suspension de sel est à mettre au compte d'une proportion insuffisante de particules des granulométries les plus fines. Apport d'une pâte de terres de flottation de 304g (terres de flottation Walsum) avec une teneur en eau de f = 30,6%. Les terres de flottation étaient visqueuses et pâteuses, presque consistantes. A partir de la suspension et de la pâte de terres de flottation - toutes les deux beaucoup trop visqueuses pour être transportées hydrauliquement, ou être injectées dans les vides de foudroyage - on a pu, après un court traitement avec un agitateur, réaliser une suspension stable, susceptible de s'écouler. L'examen avec le viscosimètre Haake VT-24, pale d'agitation Fl-100, a donné, avec le niveau de rotation 1, une valeur d'échelle de 290; après 1 minute, 270. Cela correspond en gros à une perte de charge au cours du transport hydraulique d'environ 5 bar/100 m dans une conduite DN 150 pour un débit de 50 m3/h. Les caractéristiques de la suspension ne se modifièrent pas après 48 8heures. 4. Valeurs caractéristiques du mélange Composition: - Sel 923,0g soit 64,3% en pds. - Terres de flottation/sec 211 g 14,7% - Eau des terres de flottation 93 cm3 - Eau de la solution saturée 208,8 cm3 21,0% de l'eau totale Somme: 1. 435,8 g 100% Volumes mesurés - de la suspension de sel environ 660 cm3 de la pâte de terres de flottation environ 190 cm3 Somme 850 cm3 densité du mélange rm = 1,69 g/cm3 concentration en solide cw = 79 % en poids teneur en solide CF = 1.330 g/dm3 - dont teneur en sel CF sel = 1.085 g/dm3 Valeur du viscotest VT-24 (F1 100) 290 (correspond à env. 5 bar/100 m; d=150 mm; Q=50 m3/h) Mélange - stable - favorable pour le transport hydraulique - ne durcit pas 5. Interprétation A partir de sel de cuisine (NaCl) et de terres de flottation, on a pu réaliser un mélange adapté au remplissage des vides de foudroyage. On a obtenu une teneur en solide élevée de cF = 1.330 g/dm3 et une densité élevée du mélange de rm = 1,69 g/cm3. Pour l'élimination du sel de cuisine (NaCl), il est important que, de la façon décrite, la teneur en sel du mélange soit très élevée, en gros de 1. 100 g/l ou to/m3, ce qui assure une possibilité efficace d'élimination. Remarque limitative: l'essai de laboratoire a été conduit avec une seule sorte de sel déterminée, avec une répartition granulométrique définie au départ. 1 Chantier d'exploitation 2 Minerai en place 3 Convoyeur de taille 4 Soutènement 5 Taille 6 Champ de foudroyage 7 Voie de tête 8 Voie de base 9 Conduite d'amenée du remblai 10 Pompe de remblayage 11 Espace vide 12 Espace vide 13 Matériau de remblayage 14 Bouclier 15 Tuyaux ripables REVENDICATIONS 1.- Procédé de remblayage des espaces vides d'un champ de foudroyage des travaux souterrains dans le cas d'exploitation par taille ou similaire, en introduisant des matériaux de remplissage susceptibles de s'écouler, de granulométrie fine ou très fine, dans des espaces vides se produisant lors de la chute du toit, caractérisé en ce qu'aux matériaux de remplissage sont mélangées des suspensions de sel, des solutions de sel, saturées ou non saturées, et en ce que la suspension résultante est ensuite injectée dans le champ de foudroyage pour remplir les espaces vides. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des rejets de traitement provenant de préparation des charbons, de rejets de centrales thermiques ou d'incinération et des matériaux similaires à basse teneur en eau, sont mélangés avec des suspensions de sel, des solutions de sel, saturées ou non saturées, et sont ensuite utilisées pour le remblayage. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la suspension fabriquée à partir de matériaux de remplissage de granulométrie très fine à fine et d'une solution de sel, est ajouté par mélange un liant, de préférence à effet de prise retardée. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de remplissage de granulométrie très fine à fine est, dans le cas de mise en oeuvre de solutions saturées de sel, remplacé partiellement par du sel de granulométrie très fine à fine. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pâte de sel comportant 15 à 20% d'eau et des terres de flottation comportant 28 à 33% d'eau sont mélangés en gros dans un rapport de 80: 20, ensuite transportés et t envoyés sous pression dans les espaces vides du champ de foudroyage. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la proportion de la pâte de sel comportant une granulométrie de plus en plus grande est diminuée. 7.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension, après que le foudroyage se soit produit, est injectée dans les espaces vides qui se forment ou déjà existants. 8.- Suspension pour remplir les espaces vides d'un tas de foudroyage, constituée d'un solide de granulométrie fine à très fine et d'eau, caractérisée en ce que le solide est constitué pour partie de sel et que l'eau est, en partie ou en totalité, remplacée par des solutions de sel, saturées ou non saturées. 9.- Suspension suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la proportion de matériau de remplissage de granulométrie fine à très fine est en gros de %, que la proportion de sel est en gros de 64% et que la proportion d'eau contenue dans le matériau de remplissage et le sel, ou ajoutée, est en gros de 21%.