Brevet FR2667352A1 — publié le 19920403

PROCEDE POUR OBTURER DES CAVITES SOUTERRAINES, ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention se rapporte, d'un c 8 té, à un pro- cédé pour obturer des cavités dans des exploitations minières souterraines ou lors de la construction de tunnels, dans lequel un mélange réactifdont les composants consistent, d'une part, en une résine ou un agent moussant et, d'autre part, en un dur- cisseur, un catalyseur ou un réactant, est élaboré quant aux groupes de composants, dans des compartiments séparés faisant partie d'un réceptacle ou poche, pour être ensuite mélangé sui- te à la réunification desdits compartiments, après quoi la po- che est introduite dans la cavité ou forage dans lequel ledit mélange réactif, faisant l'objet d'une auto-expansion, durcit pour former une mousse. D'un autre c Sté,l 'invention a trait à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans des exploitations minières et lors de la construction de tunnels, au tout premier chef dans des houillères souterrai- nes, des forages sont pratiqués à grande échelle en tant que forages d'essais, de circulation gazeuse ou de détente Un pro- blème, affectant ces forages présentant fréquemment de grandes sections d'ouverture, est la possibilité d'une pénétration d'air L'on peut enregistrer une formation de mélanges gazeux inflammables, qui provoquent des incendies par auto-inflamma- tion Ces forages représentent par conséquent, en permanence, une source potentielle de dangers Dans de tels forages, par ailleurs, il faut s'attendre à la sortie de grandes quantités de gaz De surcroît, de l'eau peut sortir de ces forages en une quantité non négligeable C'est pourquoi l'on s'efforce, dans la pratique, d'assurer l'obturation et l'étanchéité de cavités de ce type. Un procédé courant, pour obturer de telles cavités, ré- side dans le comblement à l'aide de mousses de matières plas- tiques, de préférence avec des mousses de polyuréthane Dans ce contexte, un maniement rationnel et simple consiste en l'utilisation de mousses de polyuréthane à un seul composant qui sont élaborées (tenues en attente), conjointement à des hydrocarbures chlorofluorés, dans des capsules métalliques pressurisées correspondantes Après l'ouverture des capsules métalliques pressurisées, la masse de polyuréthane afflue, sous l'action de l'agent propulseur, dans la cavité qui a éventuellement, au préalable, été humidifiée, et dans laquel- le elle entre en réaction pour donner une mousse adhérente vi scopl astique. Un inconvénient de ce procédé est l'utilisation des hy- drocarbures chlorofluorés volatils, libérés lors de la trans- formation et liés à un fort potentiel de dégradation de l'ozone. Un autre inconvénient réside dans les capsules métalli- ques pressurisées qui, en règle générale, ne peuvent jamais être totalement vidées et doivent, par conséquent, être éli- minées de manière coûteuse pour satisfaire aux prescriptions en vigueur Si ces capsules pressurisées ne sont pas enlevées de la zone souterraine aussitôt après usage, lesdites capsules peuvent être le siège, suite aux températures relativement élevées qui règnent notamment à proximité des zones d'abatta- ge, du développement d'une pression interne qui transforme lesdites capsules en des corps explosifs extraordinairement dangereux pour les équipes Lorsque de telles capsules pres- surisées sont stockées dans des décharges, elles peuvent faire l'objet d'une corrosion impliquant, pour conséquence, la libé- ration des hydrocarbures chlorofluorés dans l'accumulation d'ordures Elles nuisent ensuite fortement à l'environnement, et se répercutent également sur la récupération, sans restric- tions, des gaz de la décharge. Un inconvénient, obérant l'utilisation de mousses à un seul composant, consiste également en ce que, avec des épais- seurs de couches d'environ 5 cm et plus, le durcissement de ces mousses n'est qu'incomplet et, qui plus est, lent Cela est dû au fait que la réaction, s'opérant avec l'humidité dans la cavité considérée, a lieu exclusivement avec diffusion con- trôlée et, par ailleurs, uniquement de manière lente L'humi- dité naturelle ou artificielle ne peut pas s'insinuer radiale- ment vers l'intérieur dans la zone centrale de la mousse avec une rapidité et une intensité suffisantes, à partir de la pa- roi de la cavité, si bien que la solidité nécessaire ne peut pas être conférée à ladite zone centrale De ce fait, il peut advenir que des gaz puissent néanmoins sortir de cette zone. De même, il est concevable qu'une diffusion gazeuse puisse se poursuivre lors d'un durcissement extrêmement lent. L'on considère, de surcroît, qu'un inconvénient du procé- dé connu consiste en ce que, lorsqu'on fait appel à des capsu- les métalliques pressurisées, des mousses à un seul composant ne peuvent pas, ou bien uniquement de manière très difficile, être déversées dans n'importe quelles régions de la cavité, notamment dans des trous forés de grande longueur Par exemple, si l'on souhaite obturer des trous forés de grande longueur au moyen de mousses à un seul composant, les capsules pressurisées doivent être équipées de minces flexibles de prolongement qui s'engagent ensuite dans les trous forés Lors du moussage con- sécutif, un mouvement lent doit alors être imprimé auxdites capsules, conjointement auxdits flexibles, en direction de l'embouchure Par conséquent, lors de ces manoeuvres, il peut aisément advenir que les flexibles minces s'arrachent des cap- sules pressurisées, de sorte que les moussages souhaités ne peuvent pas être exécutés, ou du moins pas avec une ampleur satisfaisante. Dans la plupart des cas, par ailleurs, il n'est pas ex- clu que la pression propulsive des capsules pressurisées soit insuffisamment forte pour pouvoir expulser la masse de mousse à chaque éloignement souhaité par rapport à l'embouchure du trou foré. Par le biais de la demande de brevet DE-A-36 24 926, l'état de la technique englobe un procédé d'obturation de ca- vités dans lequel la partie extérieure non destructible d'un réceptacle est gonflée, par un mélange réactif opérant une auto-expansion, jusqu'à ce que les parois dudit réceptacle viennent s'appliquer contre les parois de la cavité à combler. En conséquence, le matériau constituant la partie extérieure du réceptacle doit être étudié pour résister, de manière sûre, au pouvoir expansif du mélange réactif Il lui est interdit de se rompre A cette fin, il est en outre nécessaire que les com- posants, renfermés par les compartiments de la partie intérieu- re du réceptacle, soient harmonisés selon une proportion quan- titative irréprochable Un réceptacle de ce genre, se composant d'une partie intérieure et d'une partie extérieure,est notam- ment employé lorsqu'il convient de couvrir de grandes distances du type cavités, par exemple entre le toit et le dôme supérieur d'un châssis d'abattage. Par suite de la flexiblité fonctionnellement limitée du matériau constituant le réceptacle, l'adaptation dudit maté- riau, à la configuration des surfaces adjacentes de la cavité, ne peut également s'opérer que d'une manière grossière lors du gonflement Cela s'avère également suffisant, dans le cas con- nu, car l'objectif recherché réside uniquement dans un coince- ment entre deux surfaces Toutefois, un tel matériau consti- tuant le réceptacle n'est pas approprié pour pouvoir être coin- cé, dans un trou foré, de façon telle que des gaz dangereux en- gendrés dans ledit trou ne puissent pas sortir, ou bien que l'oxygène de l'air ne puisse pas pénétrer dans ce trou et pro- voquer, dans celui-ci, une inflammation du charbon ayant notam- ment tendance à s'auto-enflammer. Une autre lacune de la proposition connue consiste en ce qu'aussi bien la fabrication du réceptacle, que son maniement, sont relativement complexes pour l'utilisation pratique. Pour ce qui concerne la fabrication, l'on prévoit tout d'abord une partie intérieure subdivisée en au moins deux com- partiments séparés, l'un de l'autre, par une pince qui peut être forcée sous pression Les extrémités de la partie inté- rieure, tournées à l'opposé de la zone de solidarisation entre les compartiments, sont munies elles aussi de pinces déboita- bles par déclic Cette partie intérieure est intégrée, à son tour, dans une partie extérieure de configuration spécifique qui peut être dissociée, par traction, grâce à une zone cen- trale de pliure Cette zone de pliure doit être protégée lors des phases de stockage et de transport du réceptacle. Concernant le maniement du réceptacle lors d'une utilisa- tion pratique, il est nécessaire que la partie intérieure soit elle aussi saisie, lors de la dissociation de la partie exté- rieure par traction axiale, de telle sorte que la pince, sépa- rant l'un de l'autre les deux compartiments, saute par déclic. A défaut, la partie extérieure est certes dissociée par trac- tion, mais il ne s'opère toutefois aucune réaction entre les composants renfermés par les compartiments Cependant, si l'on tient notamment compte des conditions difficiles régnant dans une exploitation souterraine, cette situation ne peut absolu- ment pas être constatée par l'intermédiaire de la partie exté- rieure, ou bien uniquement au prix d'un devoir d'attention ex- trême De ce fait, il n'est pas garanti que les composants sont assurément entrés en réaction après l'introduction du récepta- cle dans une cavité. Du fait que le type de réalisation connu vise assurément à faire en sorte que la partie extérieure soit uniquement com- blée au maximum, par la partie intérieure, de manière à se coincer impeccablement contre les surfaces mutuellement oppo- sées de la cavité considérée, l'objectif recherché ne consiste assurément pas en ce que ladite partie extérieure soit détrui- te Si cette dernière était détruite, le réceptacle ne pourrait pas être correctement coincé. Dans le cadre de la proposition connue, il n'est par ail- leurs nullement garanti que les composants soient effectivement mélangés, suite au basculement alternatif de l'ensemble du ré- ceptacle, mentionné par ladite proposition, de telle sorte que les pinces d'extrémités finissent, elles aussi, par sauter im- peccablement à cause de l'expansion du mélange réactif. L'utilisation du réceptacle connu, pour assurer l'obtura- tion d'un trou foré avec étanchéité aux gaz, est par conséquent exclue d'autant plus que la présence d'un réceptacle demeurant fermé en permanence ne peut pas tenir compte des instructions de la Commission spécialisée en matière de sauvetage minier, édictées par la technologie allemande de l'Industrie minière l"Deutsche Montan Technologie" (DMT)1, en vue de la préven- tion d'incendies par auto-inflammation dans des forages d'es- sais et de détente (contrôle visuel d'un mélange réactif sor- tant à l'embouchure du trou foré). En se fondant sur le procédé décrit dans le préambule, ainsi que sur le dispositif mentionné en introduction, l'inven- tion a pour objet d'améliorer respectivement un tel procédé et un tel dispositif de telle sorte que les trous forés, pratiqués dans le cadre d'interventions d'essais et de détente, puissent être obturés sans problème avec étanchéité aux gaz, à l'aide d'une mousse homogène, également sur de grandes longueurs. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait que, lors de l'application à l'obturation de forages avec étanchéité aux gaz, une zone de rupture programmée, revêtant la forme d'un joint scellé entre les compartiments, est détrui- te par foulage du réceptacle réalisé sous la forme d'une poche flexible; ladite poche est ensuite amenée à la position de la profondeur souhaitée, dans le forage; et le mélange réactif est ensuite déversé en direction de l'embouchure dudit forage, par destruction localisée délibérée de la paroi de la poche, le composant résine utilisé étant une résine phénoplaste, des formulations de polyols ou des verres solubles, et le compo- sant durcisseur employé étant un durcissant acide ou des iso- cyanates, respectivement des polymères. Dans le cadre du procédé conforme à l'invention, l'on tient désormais en attente une simple poche flexible qui rem- plit, vis-à-vis des composants du mélange réactif, uniquement la fonction d'un réceptacle de stockage, de transport et-de mélangeage Après l'introduction dans un forage, jusqu'à la profondeur souhaitée, la poche ne remplit plus aucune fonction à l'issue de la destruction localisée délibérée de sa paroi par le mélange réactif accusant une auto-expansion Le mélange réactif sort de la poche, il se répand dans le forage en direc- tion de l'embouchure de ce dernier, puis s'adapte intégralement à la configuration de la paroi dudit forage, y compris aux fis- sures partant dudit forage, et aux défauts de la roche Le mé- lange réactif sortant fait, dans une certaine mesure, l'objet d'une solidarisation par collage avec la roche, et il prodigue une obturation hermétique. Etant donné que la poche flexible n'est pas entourée par une autre pellicule extérieure, il est possible de constater impeccablement si les composants sont entrés en réaction, après le foulage de la poche et après la destruction consécutive du joint scellé entre les compartiments recevant lesdits compo- sants, même dans les conditions problématiques qui accompagnent les exploitations minières souterraines, en particulier les mauvaises conditions de visibilité Ensuite, et à ce stade uni- quement, la poche est amenée à la profondeur souhaitée du fo- rage, plus précisément de telle sorte qu'elle puisse éclater en un emplacement déterminé situé à cette profondeur, et que le mélange réactif, dont l'auto-expansion s'est poursuivie, puisse sortir en direction de l'embouchure du forage, en com- blant intégralement la région longitudinale dudit forage qui est voisine de l'embouchure de celui-ci. Après le durcissement du mélange réactif, le forage est obturé avec étanchéité aux gaz irréprochable, si bien que des gaz se formant dans l'espace interne dudit forage ne peuvent pas sortir dans l'espace environnant, et que de l'oxygène de l'air ne peut pas non plus pénétrer dans ledit forage Ainsi, il a été tenu compte, dans une mesure particulièrement grande, des exigences de sûreté en milieu souterrain qui accompagnent l'obturation de trous forés. De surcroît, le mélange réactif peut ne sortir délibéré- ment de la poche qu'à l'emplacement qui s'avère techniquement souhaité pour l'application considérée Cela signifie que, après le mélangeage des groupes de composants, la poche qui est encore globalement fermée, mais dont le contenu est déjà entré en réaction, peut être introduite dans des forages de n'importe quelle profondeur, après quoi seulement ledit contenu peut mousser intégralement par éclatement délibéré de ladite poche Par conséquent, la sortie et le durcissement complet du mélange réactif n'interviendront qu'à l'emplacement précis d'un forage qui exige ces processus Il est alors parfaitement envisageable, en fonction du volume du forage, que plusieurs poches puissent être successivement ou concomitamment intro- duites dans le forage correspondant En outre, à l'inverse de l'utilisation de mousses de polyuréthanne à un seul composant, l'on atteint un autre avantage particulier résultant du fait que l'étanchéité souhaitée du forage est obtenue à un instant très prématuré, car le durcissement se déroule rapidement et, ce qui revêt une importance particulière, avec un contrôle ab- sol u. Un autre avantage essentiel, conféré par l'invention, consiste en ce qu'il est possible de renoncer intégralement à des hydrocarbures chlorofluorés, en tant qu'agents propulseurs. Les nuisances à l'environnement, provoquées par de tels agents propulseurs, disparaissent par ailleurs elles aussi La mousse, qui assure l'étanchéité du forage considéré, est désormais dé- veloppée exclusivement par une réaction chimique des composants respectivement présents dans les groupes de composants, en for- mant du dioxyde de carbone (C Oa) Un agent propulseur distinct s'avère par conséquent superflu. S'il convient, par exemple, de produire une mousse de phé- nol-formaldéhyde, l'un des compartiments de la poche renferme une résine phénoplaste, et l'autre compartiment renferme un durcissant acide Lorsque ces deux composants sont mutuelle- ment mélangés, l'acide entre en réaction avec le carbonate et cela donne du dioxyde de carbone (CO 2) Il est parallèlement engendré une mousse de matière plastique, qui est ensuite gon- flée par le dioxyde de carbone. Dans le cas de mousses organominérales, au nombre des- quelles comptent des mousses en du verre soluble et en un iso- cyanate, l'un des compartiments renferme par exemple un verre soluble, et l'autre compartiment renferme un isocyanate Lors- que les deux composants sont mélangés l'un à l'autre, l'eau renfermée par le verre soluble entre en réaction avec les grou- pes isocyanates de l'isocyanate, et forme du C 02 en tant qu'agent propulseur Le mélange du verre soluble et de l'iso- cyanate forme, parallèlement, une mousse de silicate alcalin. Le procédé peut, par exemple, être mis en oeuvre de la manière exposée ci-après. Le mélange réactif est élaboré (tenu en attente) dans une poche flexible, plus précisément dans une poche comprenant au moins deux compartiments séparés l'un de l'autre L'un des com- partiments renferme un groupe de composants consistant en des résines ou en des agents moussants, et l'autre compartiment renferme un groupe de composants comprenant un durcisseur, un catalyseur ou un réactant En principe, une telle poche peut être maintenue en réserve selon n'importe quelle longueur Si besoin est, la poche est saisie et foulée manuellement sur place Cela a pour effets de supprimer la séparation entre les deux compartiments, et de mélanger les deux groupes de compo- sants La réactivité du mélange est alors étudiée de manière qu'un temps suffisant soit offert pour introduire la poche dans le forage, plus précisément jusqu'à la profondeur souhaitée A cet emplacement, et à cet emplacement uniquement, la poche éclate délibérément, sous l'action de la mousse dont l'expan- sion se poursuit, en direction de l'embouchure du forage. Le dispositif conforme à l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé susmentionné, est caractérisé par une poche en un matériau flexible, qui peut être détruite de l'intérieur avec assignation directionnelle et est subdivisée, en deux com- partiments, au moyen d'une solidarisation à rupture programmée revêtant la forme d'un joint scellé Dans ce cas, il s'agit en particulier d'une poche en matière plastique formée, par exem- ple, à partir d'une feuille aplatie A cette fin, la feuille aplatie a été pliée une fois, puis soudée hermétiquement sur un côté longitudinal, ainsi que sur deux côtés transversaux. Un joint scellé a par ailleurs été ménagé, ce qui donne nais- sance à deux compartiments La conception du joint scellé en tant que solidarisation à rupture programmée, entre les deux compartiments, est réalisée avec exactitude de telle sorte que, lors d'une manipulation normale de la poche, ledit joint ne puisse pas se rompre et que, par conséquent, les deux com- posants de puissent pas non plus se mélanger Cette solidari- sation à rupture programmée se rompt uniquement lorsque les composants imposent une sollicitation au joint scellé, par une pression accrue, par exemple par foulage Les deux composants peuvent affluer dans la chambre de mélangeage qui se forme alors, et peuvent se mélanger. D'après une autre caractéristique du dispositif conforme à l'invention, la poche est avantageusement formée à partir d'une feuille de matière plastique Elle peut présenter deux ou plusieurs compartiments Il est également possible d'em- ployer une feuille composite. L'invention va à présent être décrite plus en détail à titre d'exemple nullement limitatif, en regard du dessin an- nexé sur lequel: la figure 1 est une perspective d'une poche flexible; la figure 2 illustre une feuille aplatie, préalablement au pliage; la figure 3 montre la feuille aplatie selon la figure 2, après le pliage; la figure 4 représente, également en perspecive, la poche de la figure 1 au cours des phases de mélangeage et de gonfle- ment; et la figure 5 est une coupe transversale verticale d'un fo- rage, dans lequel est introduite une poche en phase de moussage. Sur la figure 1, la référence numérique 1 désigne une po- che en une feuille de matière plastique flexible La poche 1 est formée à partir d'une feuille aplatie 2 (figure 2) A cette fin, la feuille aplatie 2 est pliée, conformément à une flèche PF, autour d'une ligne de pliage 3 repérée par un trait mixte. Dans l'enchainement, la feuille aplatie 2 repliée est soudée sur les deux petits côtés 4, ainsi que sur un côté longitudinal 6 opposé à une arête de pliure 5 (figure 3) Un joint scellé 7 est par ailleurs ménagé lors du soudage Ce soudage est symbo- lisé par des flèches PF 1 L'on obtient ensuite la poche 1 con- forme à la figure 1 et présentant, suite à la présence du joint scellé 7, deux compartiments 8 et 9 séparés l'un de l'autre, dans lesquels sont déversés les composants d'un mélange réactif. L'un, 8, des compartiments renferme par exemple un mélange de polyols, et l'autre compartiment 9 renferme un isocyanate. Pour assurer l'obturation et l'étanchéité d'un forage de détente 10 (figure 5) ménagé, dans une exploitation minière souterraine, en vue d'éviter un incendie par auto-inflammation et/ou en vue d'empêcher une sortie gazeuse intolérablement forte, la poche 1 selon la figure 1 est tout d'abord foulée à la main La pression, qui est par conséquent exercée sur les deux composants renfermés par les compartiments 8 et 9, a pour conséquences de rompre le joint scellé 7, et de donner nais- sance à une seule et unique chambre de mélangeage 11 dans la poche 1 (figure 4) Les deux composants se mélangent, l'eau contenue dans le polyol entrant alors en réaction avec les groupes isocyanates de l'isocyanate, et formant alors du C 02 en tant qu'agent propulseur Parallèlement, du polyuréthane est formé par la réaction du polyol avec I'isocyanate Ce po- lyuréthane est ensuite gonflé, par l'agent propulseur maté- rialisé par du C 02, pour donner la mousse souhaitée 12. La réactivité des composants est étudiée de telle sorte qu'un temps suffisant subsiste pour amener la poche 1 jusqu'à une position souhaitée X dans le forage 10, conformément à la figure 5, avec les composants se trouvant en phase de mélan- geage et de gonflement A cet emplacement, la mousse 12 dont l'expansion se poursuit dilate tout d'abord la poche 1 d'une ampleur propre à appliquer cette dernière contre la paroi du forage 10 Sous l'effet de la pression continuant d'augmenter en permanence, à l'intérieur de la poche 1, cette poche 1 éclate finalement, de manière délibérée, dans une zone 14 dirigée vers l'embouchure 13 du forage; ainsi, d'une manière correspondant à son pouvoir moussant, la mousse 12 comble éga- lement la région du forage 10 qui est adjacente à la poche 1, région dans laquelle ladite mousse durcit ensuite intégralement en un temps bref La poche 1 éclatée demeure dans le forage 10, sans provoquer aucune détérioration. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représentée, sans sortir de son cadre. -R E V E N D I C A T I O N S- 1 Procédé pour obturer des cavités ( 10) dans des exploi- tations minières souterraines ou lors de la construction de tunnels, dans lequel un mélange réactif dont les composants consistent, d'une part, en une résine ou un agent moussant et, d'autre part, en un durcisseur, un catalyseur ou un réactant, est élaboré quant aux groupes de composants, dans des compar- timents séparés ( 8, 9) faisant partie d'un réceptacle ou poche ( 1), pour être ensuite mélangé suite à la réunification desdits compartiments ( 8, 9), après quoi la poche ( 1) est introduite dans la cavité ou forage ( 10) dans lequel ledit mélange réac- tif, faisant l'objet d'une auto-expansion, durcit pour former une mousse ( 12), procédé caractérisé par le fait que, lors de l'application à l'obturation de forages ( 10) avec étanchéité aux gaz, une zone de rupture programmée, revêtant la forme d'un joint scellé ( 7) entre les compartiments ( 8, 9), est dé- truite par foulage du réceptacle réalisé sous la forme d'une poche flexible ( 1); ladite poche ( 1) est ensuite amenée à la position (X) de la profondeur souhaitée, dans le forage ( 10); et le mélange réactif est ensuite déversé en direction de l'embouchure ( 13) dudit forage, par destruction localisée dé- libérée de la paroi de la poche ( 1), le composant résine uti- lisé étant une résine phénoplaste, des formulations de polyols ou des verres solubles, et le composant durcisseur employé étant un durcissant acide ou des isocyanates, respectivement des polymères. 2 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dispositif caractérisé par une poche ( 1) en un matériau flexible, qui peut être détruite de l'intérieur avec assignation directionnelle et est subdivisée, en deux com- partiments ( 8, 9), au moyen d'une solidarisation à rupture pro- grammée revêtant la forme d'un joint scellé ( 7). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la poche ( 1) est formée à partir d'une feuille de matière plastique.