Brevet FR2870882A1 — publié le 20051202

La présente invention concerne un procédé d'exploitation d'une carrière ou d'une mine, et plus particulièrement d'une carrière de gypse. Le domaine de la présente invention est l'exploitation de carrières et de mines par galeries souterraines. II est connu d'exploiter une carrière de gypse (ou d'autres substances minérales) en utilisant une technique appelée la méthode par chambres et piliers. Selon cette technique, des réseaux de galeries sont creusés selon des directions généralement perpendiculaires sur une largeur prédéfinie (dans l'exemple qui nous intéresse 8 m) et avec un entre-axe donné (24 m dans le même exemple). Les galeries ainsi réalisées laissent alors des piliers (qui sont, dans cet exemple numérique donné, des carrés de 16 m de côté). Une telle méthode générale peut présenter deux principales variantes: - lorsque le développement des piliers est complet sur un secteur donné les piliers peuvent être laissés tels qu'ils ont été découpés (il s'agir alors de 15 la méthode par chambres et piliers abandonnés). - lorsque le développement des piliers est complet sur un secteur donné, les piliers peuvent alors être recoupés en leur milieu, laissant dans l'exemple numérique précédent pour chaque pilier un ensemble de quatre petits piliers de par exemple 4 m x 4 m. La stabilité n'étant plus assurée, les petits piliers sont alors minés et abattus assurant ainsi l'affaissement du panneau correspondant et la mise en sécurité du secteur (il s'agit alors de la méthode par chambres et piliers avec dépilage). Lorsque plusieurs couches de gypse sont superposées, toutes les couches peuvent, en théorie, être exploitées par la méthode des chambres et piliers abandonnés. L'exploitation doit commencer par la couche supérieure. Cette exploitation de plusieurs couches de gypse pose quelques problèmes. Pour des raisons de stabilité, et sous réserve que l'intercalaire soit suffisamment résistant pour permettre une telle méthode, il convient notamment de s'assurer que les piliers et les galeries réalisés dans la couche inférieure sont bien superposés avec les piliers et les galeries de la couche supérieure. Lorsque la couche inférieure est d'une épaisseur (ou puissance) moindre, il convient d'adapter la dimension des machines utilisées pour l'extraction du gypse à la dimension des galeries qu'il est possible de réaliser dans cette couche. Les mêmes machines ne peuvent être utilisées dans les différentes couches. Ceci demande des investissements importants et pénalise le rendement des opérateurs. Pour toutes les considérations précédentes, l'exploitation par chambres et piliers superposés a été rare, notamment dans la Région Parisienne. Elle a pratiquement toujours donné lieu à des problèmes de stabilité des travaux miniers et depuis au moins soixante quinze ans, dans la Région Parisienne, seule la première masse qui est la plus puissante est exploitée. Enfin, un problème constant dans toute exploitation de carrière ou similaire est d'exploiter au mieux les ressources naturelles. Dans le cas de carrières de gypse de la Région Parisienne, le taux de défruitement, c'est-à-dire la quantité de substance extraite par rapport à la quantité de substance présente dans la zone exploitée, est de l'ordre de 30% si l'on tient compte du fait que les masses situées sous la première restent inexploitées. La présente invention concerne l'exploitation de carrières (ou de mines) pour lesquelles il existe au moins deux couches de substance à extraire. Elle a pour but de fournir un procédé d'exploitation qui permette d'améliorer le taux de défruitement. Ce procédé permettra également de garantir une aussi bonne stabilité des zones exploitées que les procédés de l'art antérieur. A ce effet, l'invention propose un procédé d'exploitation d'une carrière ou d'une mine dans une zone comportant une première couche de substance à extraire séparée d'une seconde couche de substance à extraire par une couche intercalaire de terrain stérile. Dans un premier temps, des galeries sont creusées dans la première couche. L'invention prévoit alors que les galeries réalisées dans la première couche de substance à extraire, sont par la suite approfondies (rabassenées) en retirant le matériau intercalaire et se donnant ainsi accès au toit de la seconde couche de matière à extraire. Par la suite le matériau à extraire dans la seconde couche est extrait au pied des galeries existantes. De cette manière on réalise un seul réseau de galeries qui s'étend sur les deux couches de substance à extraire. Les divers problèmes évoqués plus haut peuvent être ainsi résolus. En agissant selon l'invention, il est possible d'optimiser l'exploitation de la seconde couche de substance à extraire et donc d'augmenter le taux de défruitement de l'ensemble du gisement. Dans l'invention chaque pilier comprend les deux couches de substance à extraire et la couche 2870882 3 intercalaire. Enfin, comme les galeries réalisées sont de relativement grande hauteur, des machines de grand gabarit peuvent être utilisées pour l'exploitation non seulement de la première couche de substance à extraire mais aussi pour la seconde couche de substance à extraire. Dans une forme de réalisation d'un procédé d'exploitation selon l'invention la première couche de substance à extraire est exploitée, le matériau de la couche intercalaire se trouvant sous les galeries réalisées dans la première couche est ensuite retiré, et enfin la seconde couche est exploitée. Dans cette forme de réalisation, la première couche de substance à extraire peut être exploitée selon un procédé de l'art antérieur. Le procédé selon l'invention peut ainsi être mis en oeuvre dans des carrières dans lesquelles une première couche de substance à extraire a déjà été exploitée. Dans un procédé d'exploitation selon l'invention, on peut également prévoir que des galeries sont réalisées à la fois dans les première et seconde couches de substance à extraire en creusant selon deux directions perpendiculaires. Avantageusement, le matériau de la couche intercalaire est utilisé pour remblayer des zones déjà exploitées. La présente invention est particulièrement bien adaptée à l'exploitation d'une carrière de gypse ou d'anhydrite. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: La figure 1 représente un plan schématique d'une carrière de gypse, La figure 2 est une vue schématique en coupe verticale d'une carrière et du terrain environnant, et La figure 3 est une vue schématique correspondant à la figure 2 pour une autre configuration de terrain. La présente invention est décrite ci-après dans le cas d'une exploitation de gypse. De manière connue, de telles carrières sont exploitées en traçant des galeries dans une couche de gypse, appelée aussi masse, selon deux directions perpendiculaires Dl et D2. On obtient alors des galeries 2 quadrillant la zone exploitée. Ces galeries 2 sont toutes de même largeur I et sont espacées l'une de l'autre d'une distance L. On a par exemple 1 = 8 m et L = 16 m. Ces dimensions sont reportées uniquement pour les galeries 2 s'étendant selon la direction Dl mais on retrouve les mêmes dimensions pour les galeries 2 s'étendant selon la direction D2. On obtient ainsi des piliers 4 qui, dans l'exemple numérique donné ci-dessus, sont des piliers carrés de 16 m de côté. Lorsqu'une deuxième couche de gypse est exploitée, dans l'état de l'art, celle-ci l'est comme la première. Il faut alors veiller à ce que les piliers dans la seconde masse soient bien disposés sous les piliers de la première masse pour éviter des problèmes de stabilité. La figure 2 représente schématiquement une coupe verticale correspondant sensiblement à la configuration du terrain dans une carrière de gypse de la région parisienne. Il s'agit d'une carrière de gypse ludien pour laquelle un procédé d'exploitation selon l'invention est particulièrement bien adapté. Sur cette figure 2, on a représenté partiellement une couche 8 de marnes supragypseuses. Cette couche recouvre une première masse 10 de gypse. On trouve également dans ce gisement une seconde masse 12 de gypse et même une troisième masse 14 de gypse. Entre les première et seconde masses 10 et 12 respectivement se trouve une couche de marnes dite d'entre deux masses 16 tandis qu'entre les seconde et troisième masses 12 et 14 respectivement se trouve une couche de marnes dite "à lucines" 18. Sous la troisième masse se trouve une nouvelle couche de marnes dite "à pholadomies" 24 Pour donner une idée de la taille des diverses couches, on peut indiquer à titre illustratif et non limitatif, que la première masse 10 a une épaisseur (ou puissance) d'environ 12 m, la seconde masse 12 une épaisseur (ou puissance) d'environ 6 m tandis que la troisième une épaisseur (ou puissance) d'environ 1,5 m. La couche d'entre deux masses 16 a quant à elle une épaisseur (ou puissance) de l'ordre de 3 m et celle de marnes "à lucines" d'environ 2 m. Dans un procédé selon l'invention, la première masse 10 de gypse peut être exploitée comme indiqué plus haut en traçant des galeries 2 selon deux directions Dl et D2 perpendiculaires, les galeries 2 ayant toutes la même largeur et étant espacées les unes des autres d'une distance prédéterminée. La largeur des galeries 2 et celle des piliers 4 peuvent être les mêmes que celles indiquées plus haut. Toutefois en fonction des caractéristiques du terrain, on peut par exemple prévoir des galeries 2 d'une largeur de 8 m mais des piliers 4 de 10 m de côté. Ces valeurs sont données uniquement à titre d'exemple. D'autres largeurs de galeries, d'autres dimensions de piliers sont envisageables. Celles-ci seront fixées par les caractéristiques mécaniques des roches en recherchant le taux de défruitement optimum tout en préservant la stabilité de l'ensemble. De même on peut aussi prévoir uniquement des galeries s'étendant selon une seule direction, des galeries selon des directions qui ne sont pas perpendiculaires, des galeries de largeur variable, etc.. La présente invention concerne plus particulièrement l'exploitation de la seconde masse 12. Cette dernière est exploitée alors que la première masse 10 est déjà exploitée et que les piliers 4 sont tous réalisés dans une zone donnée. A partir du réseau de galeries 2 de la première masse 10, les marnes d'entre deux masses de la couche 16 sont retirées. Pour les atteindre il faut tout d'abord enlever aussi la fine épaisseur 20 de gypse qui reste au fond de chaque galerie 2 et qui n'est généralement pas exploitée pour éviter d'extraire un mélange de gypse et de marnes. Cette fine épaisseur 20 de gypse, appelée planche au mur, est généralement de l'ordre de quelques dizaines de centimètres. Les marnes d'entre deux masses se trouvant sous les galeries 2 sont alors enlevées pour atteindre la seconde masse 12. L'exploitation de cette dernière peut alors commencer. L'abattage de la seconde masse 12 suit les galeries 2 déjà réalisées dans la première masse 10. On obtient ainsi une galerie 2 de grande hauteur (relativement aux galeries réalisées dans une seule masse) dont la section transversale est représentée sur la figure 2 par une ligne pointillées 22. En procédant de la sorte, on obtient des piliers qui sont constitués en partie de gypse et en partie de marnes. La taille de ces piliers doit être adaptée à la résistance de l'ensemble des matériaux constituant les piliers. Le dimensionnement de ces piliers doit alors tenir compte des caractéristiques différentes du gypse et des marnes pour pouvoir garantir la stabilité de l'ouvrage. Cette réalisation est adaptée également à des configurations de terrain dans lesquelles la première masse 10 est de hauteur plus faible, comme illustré sur la figure 3. Si, comme illustré sur le figure 3, la première masse 10 a par exemple une épaisseur d'environ 7,5 m, la seconde masse une épaisseur de l'ordre de 5 m et la troisième une épaisseur de l'ordre de 2 m et la couche de marnes d'entre deux masses est d'une épaisseur d'environ 2 m, il est possible de procéder comme précédemment. L'application de la nouvelle méthode aura comme avantage supplémentaire d'avoir, en fin d'exploitation, des galeries d'une hauteur suffisante, pour que les semi remorques amenant du remblai puissent déverser leur chargement, sans devoir faire des aménagements spéciaux pour cela. Grâce aux procédés selon l'invention, il est clair qu'il n'est possible que de réaliser des piliers dans les première et seconde masses qui seront parfaitement superposés du fait qu'ils seront uniques. Dans les exploitations de l'art antérieur, lorsque deux masses étaient exploitées, la superposition (ou le défaut de superposition) des piliers dans les deux masses posait des problèmes importants. On a déjà constaté dans de telles exploitations des ruptures de piliers dues très souvent à une mauvaise superposition. Un procédé selon l'invention apporte donc une solution efficace au problème de superposition de piliers. Les marnes retirées peuvent être utilisées avantageusement pour effectuer un remblayage dans des zones déjà exploitées. De plus en plus souvent un tel remblayage est imposé. Il convient de noter que dans la Région Parisienne, les carrières de gypse exploitées par la méthode de chambres et piliers doivent, en fin d'exploitation, être remblayées. Un procédé selon l'invention permet également une meilleure récupération du gisement par rapport à une exploitation de l'art antérieur avec des galeries s'étendant uniquement dans une seule masse du gisement. Globalement, le procédé selon l'invention permet une meilleure exploitation du gypse, notamment celui de la seconde masse. Des calculs réalisés pour des carrières existantes non encore exploitées montrent un gain des réserves de l'ordre de 15 à 20% avec un procédé d'exploitation selon l'invention par rapport à un dimensionnement "classique" utilisant les procédés de l'art antérieur habituellement mis en oeuvre. Avec un procédé selon l'invention, la taille des galeries pour l'exploitation de la seconde masse est assez grande pour pouvoir utiliser pour les première et seconde masses des machines d'extraction de grande taille permettant un meilleur rendement et de travailler dans de meilleures conditions. En résumé, l'exploitation d'une carrière avec un procédé selon l'invention permet tout en garantissant une bonne stabilité de la carrière, une meilleure récupération du gisement (par exemple en tonnes par mètre carré) et permet aussi l'emploi du même matériel pour l'exploitation de la première masse et de la seconde. 2870882 7 La présente invention ne se limite toutefois pas aux procédés présentés ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation de ces procédés à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple, on peut envisager l'utilisation d'un procédé selon l'invention pour l'exploitation de trois (ou plus) masses de gypse ou autre. REVENDICATIONS 1. Procédé d'exploitation d'une carrière ou d'une mine dans une zone comportant une première couche de substance à extraire (10) séparée d'une seconde couche de substance à extraire (12) par au moins une couche intercalaire (16) selon lequel des galeries (2) sont creusées dans la première couche de substance à extraire (10), caractérisé en ce qu'une galerie (2) est réalisée à la fois dans les première (10) et seconde (12) couches de substance à extraire, en retirant le 10 matériau de la couche intercalaire (16). 2. Procédé d'exploitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche de substance à extraire (10) est exploitée, en ce qu'ensuite le matériau de la couche intercalaire (16) se trouvant sous les galeries (2) réalisées dans la première couche (10) est retiré, et en ce qu'enfin la seconde couche (12) est exploitée. 3. Procédé d'exploitation selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que des galeries (2) sont réalisées à la fois dans les première (10) et seconde (12) couches de substance à extraire en creusant selon deux directions perpendiculaires (Dl, D2). 4. Procédé d'exploitation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau de la couche intermédiaire (16) est utilisé pour remblayer des zones déjà exploitées. 5. Application d'un procédé d'exploitation selon l'une des revendications 1 à 4 à l'exploitation d'une carrière de gypse ou d'anhydrite.