L'objectif principal du contrôle au sol est de maintenir des excavations sûres dans la roche et le sol (les termes contrôle des strates ainsi que gestion des pentes sont également utilisés dans les mines souterraines et les mines à ciel ouvert, respectivement). Le contrôle au sol trouve également de nombreuses applications dans les projets de génie civil tels que les tunnels, les centrales hydroélectriques et les dépôts de déchets nucléaires. Il a été défini comme l'application pratique de la mécanique des roches à l'exploitation minière quotidienne. Le Comité national américain sur la mécanique des roches a proposé la définition suivante : « La mécanique des roches est la science théorique et appliquée du comportement mécanique des roches et des masses rocheuses ; c'est cette branche de la mécanique concernée par la réponse des roches et des masses rocheuses aux champs de force de leur environnement physique ».

Les masses rocheuses présentent un comportement extrêmement complexe, et la mécanique des roches et le contrôle du sol ont fait l'objet de nombreuses recherches fondamentales et appliquées à travers le monde depuis les années 1950. À bien des égards, le contrôle au sol est un métier plus qu'une science. Le contrôle du sol nécessite une compréhension de la géologie structurale, des propriétés des roches, des eaux souterraines et des régimes de contraintes au sol et de la manière dont ces facteurs interagissent. Les outils comprennent les méthodes d'investigation du site et d'essais de roche, les mesures visant à minimiser les dommages à la masse rocheuse causés par le dynamitage, l'application de techniques de conception, la surveillance et le soutènement au sol. Plusieurs développements importants ont eu lieu dans la mécanique des roches et le contrôle du sol ces dernières années, y compris le développement de techniques de conception empirique et d'analyse informatique pour la conception de mines, l'introduction et l'utilisation à grande échelle d'une variété d'instruments de surveillance du sol et le développement d'outils de soutènement spécialisés. et techniques. De nombreuses exploitations minières disposent de services de contrôle au sol composés d'ingénieurs et de techniciens spécialisés.

Les ouvertures souterraines sont plus difficiles à créer et à entretenir que les pentes rocheuses ou de sol. Par conséquent, les mines souterraines doivent généralement consacrer plus de ressources et d'efforts de conception au contrôle du sol que les mines et carrières à ciel ouvert. Dans les méthodes traditionnelles d'exploitation minière souterraine, telles que le retrait et la coupe et le remblai, les travailleurs sont directement exposés à un sol potentiellement instable dans la zone minéralisée. Dans les méthodes d'extraction en vrac, telles que l'abattage par trou de mine, les travailleurs n'entrent pas dans la zone de minerai. Il y a eu une tendance à s'éloigner des méthodes sélectives pour les méthodes en vrac au cours des dernières décennies.

Types de défaillance à la terre

La structure rocheuse et la contrainte rocheuse sont des causes importantes d'instabilité dans les mines.

Une masse rocheuse particulière est constituée de roche intacte et d'un certain nombre de structures rocheuses ou de discontinuités structurelles. Les principaux types de structures rocheuses comprennent les plans de litage (plans de division qui séparent les strates individuelles), les plis (plis dans les strates rocheuses), les failles (fractures sur lesquelles un mouvement s'est produit), les dykes (intrusions tabulaires de roche ignée) et les joints (ruptures de roches géologiques). origine le long de laquelle il n'y a pas eu de déplacement visible). Les propriétés suivantes des discontinuités structurelles affectent le comportement technique des massifs rocheux : orientation, espacement, persistance, rugosité, ouverture et présence de matériau de remplissage. La collecte d'informations structurelles pertinentes par des ingénieurs et des géologues est un élément important du programme de contrôle au sol d'une exploitation minière. Des programmes informatiques sophistiqués pour analyser les données structurelles ainsi que la géométrie et la stabilité des coins dans les mines à ciel ouvert ou souterraines sont maintenant disponibles.

Les contraintes dans la roche peuvent également provoquer une instabilité dans les mines; la connaissance du comportement contrainte-déformation des masses rocheuses est essentielle à une bonne conception technique. Des essais en laboratoire sur des spécimens cylindriques de roche provenant de carottes de forage peuvent fournir des informations utiles sur la résistance et la déformabilité de la roche intacte ; différents types de roches se comportent différemment, du comportement plastique du sel au comportement élastique et cassant de nombreuses roches dures. L'assemblage influencera grandement la résistance et la déformabilité de l'ensemble de la masse rocheuse.

Il existe certains types courants de ruptures de talus rocheux dans les mines à ciel ouvert et les carrières. Le mode de rupture par blocs glissants se produit lorsqu'un mouvement se produit le long d'une ou plusieurs structures rocheuses (rupture par cisaillement plan, chemin en escalier, en coin, en coin en escalier ou en dalle); une rupture par cisaillement rotationnel peut se produire dans un sol ou une faible pente de masse rocheuse ; les autres modes de défaillance comprennent le renversement de blocs formés par des structures à fort pendage et l'effritement (par exemple, le délogement de blocs par le gel-dégel ou la pluie).

Les ruptures de pente majeures peuvent être catastrophiques, bien que l'instabilité de la pente ne signifie pas nécessairement une rupture de pente d'un point de vue opérationnel. La stabilité des bancs individuels est généralement une préoccupation plus immédiate pour l'opération, car une défaillance peut survenir sans avertissement, avec des pertes de vie potentielles et des dommages matériels.

Dans les mines souterraines, l'instabilité peut résulter du mouvement et de l'effondrement des blocs de roche en raison de l'instabilité structurelle, de la rupture de la roche autour de l'ouverture en raison de conditions de contrainte élevée de la roche, d'une combinaison de rupture de la roche induite par la contrainte et d'instabilité structurelle et d'instabilité causée par des coups de toit. La structure rocheuse peut influencer le choix d'une méthode d'exploitation minière souterraine et la conception des aménagements miniers, car elle peut contrôler les travées d'excavation stables, la capacité des exigences de support et l'affaissement. La roche en profondeur est soumise à des contraintes résultant du poids des strates sus-jacentes et à des contraintes d'origine tectonique, et les contraintes horizontales sont souvent supérieures à la contrainte verticale. Des instruments sont disponibles pour déterminer le niveau de contrainte dans le sol avant le début de l'exploitation minière. Lorsqu'une ouverture de mine est creusée, le champ de contraintes autour de cette ouverture change et peut dépasser la résistance de la masse rocheuse, ce qui entraîne une instabilité.

Il existe également divers types de défaillance qui sont couramment observés dans les mines souterraines de roche dure. Sous de faibles niveaux de contrainte, les défaillances sont en grande partie contrôlées structurellement, avec des cales ou des blocs tombant du toit ou glissant hors des murs des ouvertures. Ces coins ou blocs sont formés par l'intersection de discontinuités structurelles. À moins que des cales ou des blocs lâches ne soient soutenus, la rupture peut se poursuivre jusqu'à ce que l'ouverture se voûte naturellement. Dans les dépôts stratifiés, la séparation et la rupture du lit peuvent se produire le long des plans de litage. Sous des niveaux de contrainte élevés, la rupture consiste en un écaillage et une dalle cassants dans le cas d'une masse rocheuse massive avec peu de joints, à un type de rupture plus ductile pour les masses rocheuses fortement jointives.

Un coup de toit peut être défini comme un dommage à une excavation qui se produit de manière soudaine ou violente et est associé à un événement sismique. Divers mécanismes d'endommagement par coup de toit ont été identifiés, à savoir l'expansion ou le flambage de la roche dû à la fracturation autour de l'ouverture, les chutes de pierres induites par les secousses sismiques et l'éjection de roche due au transfert d'énergie d'une source sismique éloignée. Des explosions de roche et de gaz se produisent de manière catastrophique dans certaines mines de charbon, de sel et autres en raison de fortes contraintes dans la roche et de grands volumes de méthane ou de dioxyde de carbone comprimé. Dans les carrières et les mines à ciel ouvert, un flambage et un soulèvement soudains des sols rocheux ont également été observés. Des recherches considérables ont eu lieu dans plusieurs pays sur les causes et l'atténuation possible des coups de toit. Les techniques pour minimiser les coups de toit comprennent la modification de la forme, de l'orientation et de la séquence d'extraction, l'utilisation d'une technique connue sous le nom de dynamitage de détente, des remblais de mine rigides et l'utilisation de systèmes de soutien spécialisés. Des systèmes sophistiqués de surveillance sismique locaux ou à l'échelle de la mine peuvent aider à l'identification et à l'analyse des mécanismes sources, bien que la prévision des coups de toit demeure peu fiable à l'heure actuelle.

Dans la province canadienne de l'Ontario, près du tiers de toutes les blessures mortelles souterraines dans l'industrie minière hautement mécanisée sont dues à des chutes de pierres et à des coups de toit; la fréquence des décès dus aux chutes de pierres et aux coups de toit pour la période 1986-1995 était de 0.014 pour 200,000 XNUMX heures travaillées sous terre. Dans les industries minières souterraines moins mécanisées, ou lorsque le soutènement au sol n'est pas largement utilisé, on peut s'attendre à des fréquences de blessures et de décès considérablement plus élevées dues aux chutes de terrain et aux coups de toit. Le dossier de sécurité lié au contrôle au sol pour les mines à ciel ouvert et les carrières est généralement meilleur que pour les mines souterraines.

Méthodes de conception

La conception des excavations souterraines est le processus de prise de décisions techniques sur des questions telles que l'emplacement, la taille et la forme des excavations et des piliers rocheux, la séquence d'extraction et l'application des systèmes de soutènement. Dans les mines à ciel ouvert, un angle de pente optimal doit être choisi pour chaque section de la fosse, ainsi que d'autres aspects de conception et de support de pente. La conception d'une mine est un processus dynamique qui est mis à jour et affiné à mesure que davantage d'informations deviennent disponibles grâce à l'observation et à la surveillance pendant l'exploitation minière. Les méthodes de conception empiriques, observationnelles et analytiques sont couramment utilisées.

Méthodes empiriques utilisent souvent un système de classification des masses rocheuses (plusieurs schémas de ce type ont été développés, tels que le système de masse rocheuse et l'indice de qualité des tunnels rocheux), complété par des recommandations de conception basées sur une connaissance des pratiques acceptées. Plusieurs techniques de conception empiriques ont été appliquées avec succès, telles que la méthode du graphique de stabilité pour la conception de chantiers à ciel ouvert.

Méthodes d'observation s'appuyer sur le suivi effectif des mouvements de terrain lors de l'excavation pour détecter une instabilité mesurable et sur l'analyse de l'interaction sol-soutènement. Des exemples de cette approche incluent la nouvelle méthode autrichienne de tunnellisation et la méthode de convergence-confinement.

méthodes analytiques utiliser l'analyse des contraintes et des déformations autour des ouvertures. Certaines des premières techniques d'analyse des contraintes utilisaient des solutions mathématiques de forme fermée ou des modèles photoélastiques, mais leur application était limitée en raison de la forme tridimensionnelle complexe de la plupart des excavations souterraines. Un certain nombre de méthodes numériques informatisées ont été développées récemment. Ces méthodes fournissent les moyens d'obtenir des solutions approximatives aux problèmes de contraintes, de déplacements et de rupture dans la roche entourant les ouvertures de mine.

Les améliorations récentes ont inclus l'introduction de modèles tridimensionnels, la capacité de modéliser les discontinuités structurelles et l'interaction roche-support et la disponibilité d'interfaces graphiques conviviales. Malgré leurs limites, les modèles numériques peuvent fournir de réelles informations sur le comportement complexe des roches.

Les trois méthodologies décrites ci-dessus doivent être considérées comme des éléments essentiels d'une approche unifiée de la conception des excavations souterraines plutôt que comme des techniques indépendantes. L'ingénieur de conception doit être prêt à utiliser une gamme d'outils et à réévaluer la stratégie de conception lorsque la quantité et la qualité des informations disponibles l'exigent.

Contrôles de forage et de dynamitage

Une préoccupation particulière avec le dynamitage de roche est son effet sur la roche à proximité immédiate d'une excavation. Une fracturation locale intense et une perturbation de l'intégrité de l'assemblage emboîté et articulé peuvent être produites dans la roche en champ proche par une mauvaise conception du dynamitage ou des procédures de forage. Des dommages plus étendus peuvent être induits par la transmission de l'énergie de dynamitage au champ lointain, ce qui peut déclencher une instabilité dans les structures de la mine.

Les résultats de dynamitage sont influencés par le type de roche, le régime de contraintes, la géologie structurale et la présence d'eau. Les mesures visant à minimiser les dommages dus au dynamitage comprennent le choix approprié de l'explosif, l'utilisation de techniques de dynamitage périmétrique telles que le dynamitage pré-fendu (trous parallèles et rapprochés, qui définiront le périmètre d'excavation), les charges de découplage (le diamètre de l'explosif est inférieur à celle du trou de mine), temporisation et trous tampons. La géométrie des trous forés affecte le succès d'un sautage de contrôle de paroi ; le motif et l'alignement des trous doivent être soigneusement contrôlés.

La surveillance des vibrations de dynamitage est souvent effectuée pour optimiser les schémas de dynamitage et éviter d'endommager la masse rocheuse. Des critères empiriques de dommages causés par le souffle ont été élaborés. L'équipement de surveillance du souffle se compose de transducteurs montés en surface ou fond de trou, de câbles menant à un système d'amplification et d'un enregistreur numérique. La conception du dynamitage a été améliorée par le développement de modèles informatiques pour la prédiction des performances du dynamitage, y compris la fragmentation, le profil de déblais et la pénétration des fissures derrière les trous de mine. Les données d'entrée pour ces modèles comprennent la géométrie de l'excavation et du modèle foré et chargé, les caractéristiques de détonation des explosifs et les propriétés dynamiques de la roche.

Mise à l'échelle du toit et des murs des fouilles

Le détartrage consiste à enlever les dalles de roche détachées des toits et des parois des excavations. Elle peut être effectuée manuellement avec une barre de détartrage en acier ou en aluminium ou à l'aide d'une machine à détartrer mécanique. Lors d'un écaillage manuel, le mineur vérifie la solidité de la roche en frappant le toit ; un son semblable à un tambour indique généralement que le sol est meuble et doit être barré. Le mineur doit suivre des règles strictes afin d'éviter les blessures lors de l'escalade (par exemple, escalader d'un bon sol à un sol non contrôlé, maintenir une bonne assise et une zone dégagée pour se retirer et s'assurer que la roche écaillée a un endroit approprié sur lequel tomber). Le détartrage manuel nécessite un effort physique considérable et peut être une activité à haut risque. Par exemple, en Ontario, au Canada, un tiers de toutes les blessures causées par des chutes de pierres surviennent lors de l'escalade.

L'utilisation de paniers sur des flèches extensibles afin que les mineurs puissent escalader manuellement les hauts dossiers introduit des risques supplémentaires pour la sécurité, tels que le renversement possible de la plate-forme d'écaillage par des chutes de pierres. Les plates-formes de mesurage mécanique sont désormais monnaie courante dans de nombreuses grandes opérations minières. L'unité de détartrage est constituée d'un marteau hydraulique lourd, d'un grattoir ou d'un marteau à percussion, monté sur un bras pivotant, lui-même fixé à un châssis mobile.

Appui au sol

L'objectif principal du soutènement est d'aider la masse rocheuse à se soutenir. Dans le renforcement de la roche, les boulons d'ancrage sont installés dans la masse rocheuse. Dans le support rocheux, tel que celui fourni par des ensembles en acier ou en bois, un support externe est fourni à la masse rocheuse. Les techniques de soutènement n'ont pas trouvé une large application dans les mines et les carrières à ciel ouvert, en partie à cause de l'incertitude de la géométrie finale de la fosse et en partie à cause des problèmes de corrosion. Une grande variété de systèmes de boulonnage est disponible dans le monde entier. Les facteurs à prendre en compte lors de la sélection d'un système particulier incluent les conditions du sol, la durée de vie prévue de l'excavation, la facilité d'installation, la disponibilité et le coût.

Le boulon d'ancrage à ancrage mécanique se compose d'une coquille d'expansion (différentes conceptions sont disponibles pour s'adapter à différents types de roches), d'un boulon en acier (fileté ou à tête forgée) et d'une plaque frontale. La coquille d'expansion est généralement constituée de lames dentées en fonte malléable avec une cale conique filetée à une extrémité du boulon. Lorsque le boulon est tourné à l'intérieur du trou, le cône est forcé dans les lames et les presse contre les parois du trou de forage. La coquille d'expansion augmente son adhérence sur la roche à mesure que la tension sur le boulon augmente. Des boulons de différentes longueurs sont disponibles, ainsi qu'une gamme d'accessoires. Les boulons d'ancrage à ancrage mécanique sont relativement peu coûteux et, par conséquent, les plus largement utilisés pour le soutènement à court terme dans les mines souterraines.

Le goujon cimenté consiste en une barre d'armature nervurée qui est insérée dans un trou de forage et liée à la roche sur toute sa longueur, fournissant un renforcement à long terme à la masse rocheuse. Plusieurs types de coulis de ciment et de résine polyester sont utilisés. Le coulis peut être placé dans le trou de forage par pompage ou à l'aide de cartouches, ce qui est rapide et pratique. Des goujons en acier et en fibre de verre de différents diamètres sont disponibles, et les boulons peuvent être non tendus ou tendus.

Le stabilisateur de friction consiste généralement en un tube en acier fendu sur toute sa longueur, qui, lorsqu'il est enfoncé dans un trou de forage légèrement sous-dimensionné, comprime et développe une friction entre le tube en acier et la roche. Le diamètre du trou de forage doit être contrôlé dans des tolérances étroites pour que ce boulon soit efficace.

Le boulon d'ancrage Swellex consiste en un tube en acier à développante qui est inséré dans un trou de forage et dilaté par pression hydraulique à l'aide d'une pompe portable. Différents types et longueurs de tubes Swellex sont disponibles.

Le boulon de câble cimenté est fréquemment installé pour contrôler l'affaissement et stabiliser les toits et les murs des chantiers souterrains. Un coulis à base de ciment Portland est généralement utilisé, tandis que les géométries des câbles et les procédures d'installation varient. Des barres d'armature de grande capacité et des ancres de roche se trouvent également dans les mines, ainsi que d'autres types de boulons, tels que des boulons ancrés mécaniquement à scellement tubulaires.

Des sangles ou des treillis en acier, fabriqués à partir de fils tissés ou soudés, sont souvent installés dans le toit ou les murs de l'ouverture pour soutenir la roche entre les boulons.

Les opérations minières doivent développer un programme de contrôle de la qualité, qui peut inclure une variété de tests sur le terrain, pour s'assurer que le soutènement au sol est efficace. De mauvaises installations de soutènement peuvent être le résultat d'une conception inadéquate (défaut de choisir le type, la longueur ou le modèle de soutènement corrects pour les conditions du sol), des matériaux de soutènement de qualité inférieure (tels que fournis par le fabricant ou endommagés lors de la manipulation ou en raison des conditions de stockage sur le site minier), défauts d'installation (équipement défectueux, mauvais moment de l'installation, préparation inadéquate de la surface rocheuse, mauvaise formation des équipes ou non-respect des procédures spécifiées), effets induits par l'exploitation qui n'avaient pas été prévus au stade de la conception (changements de contraintes, fracturation/écaillage sous contrainte ou induits par le souffle, relaxation des joints ou coups de toit) ou modifications de la conception de la mine (modifications de la géométrie de l'excavation ou durée de vie plus longue que prévu à l'origine).

Le comportement des masses rocheuses renforcées ou supportées reste incomplètement connu. Des règles empiriques, des directives de conception empiriques basées sur des systèmes de classification des masses rocheuses et des programmes informatiques ont été développées. Cependant, le succès d'une conception particulière dépend fortement des connaissances et de l'expérience de l'ingénieur de contrôle au sol. Un massif rocheux de bonne qualité, avec peu de discontinuités structurales et de petites ouvertures à durée de vie limitée, peut nécessiter peu ou pas de soutènement. Cependant, dans ce cas, des boulons d'ancrage peuvent être nécessaires à des endroits sélectionnés pour stabiliser les blocs qui ont été identifiés comme potentiellement instables. Dans de nombreuses mines, le modèle de boulonnage, l'installation systématique de boulons d'ancrage sur une grille régulière pour stabiliser le toit ou les murs, est souvent spécifié pour toutes les excavations. Dans tous les cas, les mineurs et les superviseurs doivent avoir une expérience suffisante pour reconnaître les domaines où un soutien supplémentaire peut être nécessaire.

La forme de support la plus ancienne et la plus simple est le poteau en bois; des étais et des caissons en bois sont parfois installés lors de l'exploitation minière à travers un sol instable. Les arcs en acier et les ensembles en acier sont des éléments à haute capacité de charge utilisés pour supporter des tunnels ou des chaussées. Dans les mines souterraines, un soutènement supplémentaire et important est fourni par le remblai minier, qui peut être constitué de stériles, de sable ou de résidus de broyage et d'un agent de cimentation. Le remblai est utilisé pour combler les vides créés par l'exploitation minière souterraine. Parmi ses nombreuses fonctions, le remblai aide à prévenir les défaillances à grande échelle, confine et fournit ainsi une résistance résiduelle aux piliers rocheux, permet le transfert des contraintes de la roche, aide à réduire l'affaissement de surface, permet une récupération maximale du minerai et fournit une plate-forme de travail dans certaines méthodes d'exploitation minière.

Une innovation relativement récente dans de nombreuses mines a été l'utilisation de béton projeté, qui est du béton pulvérisé sur une paroi rocheuse. Il peut être appliqué directement sur la roche sans autre forme de support, ou il peut être pulvérisé sur des treillis et des boulons d'ancrage, faisant partie d'un système de support intégré. Des fibres d'acier peuvent être ajoutées, ainsi que d'autres adjuvants et conceptions de mélanges pour conférer des propriétés spécifiques. Il existe deux procédés de projection de béton différents, appelés mélange sec et mélange humide. Le béton projeté a trouvé un certain nombre d'applications dans les mines, y compris la stabilisation des parois rocheuses qui, autrement, s'effilocheraient en raison de leur jointure étroite. Dans les mines à ciel ouvert, le béton projeté a également été utilisé avec succès pour stabiliser les ruptures par arrachement progressif. D'autres innovations récentes incluent l'utilisation de revêtements en polyuréthane pulvérisés dans les mines souterraines.

Afin de fonctionner efficacement lors d'un coup de toit, les systèmes de soutènement doivent posséder certaines caractéristiques importantes, dont la déformation et l'absorption d'énergie. La sélection des supports dans des conditions de coup de toit fait l'objet de recherches en cours dans plusieurs pays, et de nouvelles recommandations de conception ont été élaborées.

Dans les petites ouvertures souterraines, l'installation manuelle de soutènement au sol est généralement effectuée à l'aide d'une foreuse à boudin. Dans les excavations plus importantes, des équipements semi-mécanisés (forage mécanisé et équipement manuel pour l'installation des boulons d'ancrage) et des équipements entièrement mécanisés (forage mécanisé et installation des boulons d'ancrage contrôlés à partir d'un panneau d'opérateur situé sous le toit boulonné) sont disponibles. L'installation manuelle de soutènement est une activité à haut risque. Par exemple, en Ontario, au Canada, un tiers de toutes les blessures causées par des chutes de pierres au cours de la période 1986-1995 se sont produites lors de l'installation de boulons d'ancrage, et 8 % de toutes les blessures souterraines se sont produites lors de l'installation de boulons d'ancrage.

D'autres dangers incluent les éclaboussures possibles de coulis de ciment ou de résine dans les yeux, les réactions allergiques dues au déversement de produits chimiques et la fatigue. L'installation d'un grand nombre de boulons d'ancrage est rendue plus sûre et plus efficace grâce à l'utilisation de boulonneuses mécanisées.

Surveillance des conditions du sol

La surveillance des conditions du sol dans les mines peut être effectuée pour diverses raisons, notamment l'obtention de données nécessaires à la conception de la mine, telles que la déformabilité de la masse rocheuse ou les contraintes de la roche ; vérifier les données de conception et les hypothèses, permettant ainsi l'étalonnage des modèles informatiques et l'ajustement des méthodes d'exploitation minière pour améliorer la stabilité ; évaluer l'efficacité du soutènement au sol existant et éventuellement diriger l'installation d'un soutènement supplémentaire ; et avertir des défaillances potentielles au sol.

La surveillance des conditions du sol peut être effectuée visuellement ou à l'aide d'instruments spécialisés. Les inspections en surface et souterraines doivent être effectuées avec soin et à l'aide de lampes d'inspection à haute intensité si nécessaire ; les mineurs, les superviseurs, les ingénieurs et les géologues ont tous un rôle important à jouer dans la réalisation d'inspections régulières.

Les signes visuels ou sonores de l'évolution des conditions du sol dans les mines comprennent, sans s'y limiter, l'état de la carotte de forage au diamant, les contacts entre les types de roche, le sol en forme de tambour, la présence de caractéristiques structurelles, la charge évidente du soutènement du sol, le soulèvement du sol, les nouvelles fissures sur les murs ou le toit, les nappes phréatiques et les ruptures de piliers. Les mineurs comptent souvent sur des instruments simples (par exemple, un coin en bois dans la fissure) pour fournir un avertissement visuel que le toit s'est déplacé.

La planification et la mise en œuvre d'un système de surveillance impliquent de définir l'objectif du programme et les variables à surveiller, de déterminer la précision de mesure requise, de sélectionner et d'installer l'équipement et d'établir la fréquence des observations et les moyens de présentation des données. L'équipement de surveillance doit être installé par du personnel expérimenté. La simplicité, la redondance et la fiabilité des instruments sont des considérations importantes. Le concepteur devrait déterminer ce qui constitue une menace pour la sécurité ou la stabilité. Cela devrait inclure la préparation de plans d'urgence en cas de dépassement de ces niveaux d'alerte.

Les composants d'un système de surveillance comprennent un capteur qui réagit aux changements de la variable surveillée ; un système de transmission, qui transmet la sortie du capteur à l'emplacement de lecture, à l'aide de tiges, de câbles électriques, de lignes hydrauliques ou de lignes de radiotélémétrie ; une unité de lecture (par exemple, un comparateur à cadran, un manomètre, un multimètre ou un affichage numérique); et une unité d'enregistrement/traitement (par exemple, magnétophone, enregistreur de données ou micro-ordinateur).

Différents modes de fonctionnement de l'instrument existent, à savoir :

• mécanique: fournissent souvent les méthodes de détection, de transmission et de lecture les plus simples, les moins chères et les plus fiables. Les détecteurs de mouvement mécaniques utilisent une tige ou un ruban en acier, fixé à la roche à une extrémité et en contact avec un comparateur à cadran ou un système électrique à l'autre. Le principal inconvénient des systèmes mécaniques est qu'ils ne se prêtent pas à la lecture à distance ni à l'enregistrement en continu.
• optique: utilisé dans les méthodes d'arpentage conventionnelles, précises et photogrammétriques pour établir des profils d'excavation, mesurer les mouvements des limites d'excavation et surveiller l'affaissement de surface.
• hydraulique et pneumatique : transducteurs à membrane utilisés pour mesurer la pression de l'eau, supporter les charges, etc. La grandeur mesurée est une pression de fluide qui agit sur un côté d'un diaphragme flexible en métal, caoutchouc ou plastique.
• électrique: le mode d'instrument le plus couramment utilisé dans les mines, bien que les systèmes mécaniques soient encore largement utilisés dans la surveillance des déplacements. Les systèmes électriques fonctionnent selon l'un des trois principes suivants : jauge de contrainte à résistance électrique, corde vibrante et auto-inductance.

Les variables les plus couramment surveillées comprennent le mouvement (à l'aide de méthodes d'arpentage, d'appareils de surface tels que des jauges de fissures et des extensomètres à ruban, d'appareils de forage tels que des extensomètres à tige ou des inclinomètres); les contraintes de la roche (contrainte absolue ou changement de contrainte des dispositifs de forage) ; pression, charge et contrainte sur les dispositifs de soutènement au sol (par exemple, cellules de pesée); les événements sismiques et les vibrations de souffle.

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