Un modèle de calcul des hauteurs prévisibles de remontée de fontis à l’aplomb d’exploitations souterraines peu profondes

A model for calculating the height of collapse chimney above shallow underground mines

INERIS Parc technologique Alata BP n° 2 60550 Verneuil-en-Halatte christophe.didier@ineris.fr, France.

Résumé

Le « fontis » est un mouvement de terrain qui résulte de la remontée en surface d’un éboulement du toit d’une excavation souterraine. Lorsque la voûte initiée par la rupture du premier banc rocheux de l’excavation ne se stabilise pas mécaniquement du fait de la présence de bancs massifs au sein du recouvrement, elle se propage progressivement vers la surface. Si l’espace disponible au sein des vieux travaux est suffisant pour que les matériaux éboulés foisonnés puissent s’y accumuler sans bloquer le phénomène par « auto-comblement », la voûte peut atteindre la surface du sol. Pour optimiser le diagnostic de survenue possible de fontis à l’aplomb d’une zone sous-minée, l’INERIS a développé une modélisation analytique du phénomène d’autocomblement basée sur une approche volumétrique en trois dimensions du développement du cône d’éboulis. En fonction des caractéristiques de l’exploitation souterraine et des propriétés mécaniques des terrains de recouvrement, il est ainsi possible de définir la hauteur théorique de remontée de fontis à partir de laquelle le phénomène se bloque par auto-comblement. En comparant cette hauteur théorique avec l’épaisseur des terrains de recouvrement, il est possible de définir si le site concerné est, ou non, sensible au développement de fontis en surface.

Abstract

Sinkholes are surface instabilities resulting from the collapse of the overlying rock as a consequence of roof failure above an underground excavation. When the roof failure progress is not stopped mechanically because of the presence of massive beds in the overburden, it spreads gradually to the surface. If space within the old workings is sufficient for the collapsed materials to accumulate without blocking the phenomenon by self-choking, the upward collapse process can reach the surface. To optimise the diagnosis of possible occurrence of subsidence above shallow underground mines, INERIS has developed an analytical modeling of the phenomenon based on a three-dimensional volumetric evaluation of the collapsed material. Depending on the characteristics of the underground workings and mechanical properties of overburden, it is possible to define the theoretical height of chimney collapse from which the phenomenon is blocked by self-choking. By comparing the theoretical height with the thickness of overburden, it is possible to determine if this site is, or is not, subject to the development of sinkhole.