Mining Subsidence And Ground Deformations. Influence Of The Lithology Of The Overburden

Dejean, M. (INGENIEURS AU CERCHAR) | Arcamone, J. (INGENIEURS AU CERCHAR)

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SUMMARY: Mining subsidence is generally predicted using charts compiled from the results of numerous in situ measurements, ignoring the nature of the overburden. Where a significant difference between the predictions and the actual measured subsidence occurs, the nature of the strata is immediately investigated as the probable source of the error, and yet it is not always possible to build the model which is capable of representing the incident. This paper relates the case of a mining subsidence anomaly which occured with a particular overburden and has been explained with the help of a very straight forward general model using the finite element method with elastic orthotropic materials. Using the results of this investigation, the authors have determined the characteristics of the models that must be created in order to approximate still further the reality of mining subsidence. RESUME: La prevision des affaissements miniers se fait generalement avec des abaques etablis à partir de nombreuses mesures in situ; mais la nature des terrains de recouvrement est rarement prise en compte. Lorsque des ecarts importants sont observes entre previsions et affaissements mesures, l'explication en est recherchee immediatement dans la nature des terrains, sans qu'il soit toujours possible de construire le modèle capable de representer et d'expliciter le phenomène. Dans cet article une anomalie d'affaissement observee avec un recouvrement particulier est expliquee à l'aide d'un modèle global simple, utilisant la methode des elements finis, fonde sur la theorie de l'elasticite et permettant une orthotropie du milieu. Les auteurs deduisent de cette etude les caracteristiques des modèles à mettre en oeuvre pour encore mieux approcher la realite des affaissements miniers. ZUSAMMENFASSUNG: Zur Vorausberechung von Bodensenkungen durch den Bergbau bedient man sich meist Diagrammen, die aus zahlreichen in situ Messungen aufgestellt wurden aber die kaum der Art des Deckgebirges Rechnung tragen. Weichen die vorausberechneten und die gemessenen Senkungen stark voneinander ab, so bemueht man sich sofort eine Erklarung in der Art des Gebirges zu finden, obwohl es nicht immer möglich ist, ein Modell zu entwerfen, das gestattet, den Vorgang nachzubilden und zu begruenden. In der Aroeit wird eine beobachtete anormale Bodensenkung bei widerstandsfahigem ueberlagerndem Kalkstein mit Hilfe eines sehr einfachen Gesamtmodells (Elastizitat und orthotropie) unter Werwendung des "finite elements" Verfahrens erklart. Aus ihrer Untersuchung leiten die Verfasser die charakteristischen Merkmale von Modellen ab, die der Wirklichkeit der Bodensenkungen noch naher sind. Une Houillère du Bassin du Centre et du Midi a exploite partiellement une couche de charbon de 15 m de puissance sous un village construit sur une dalle de calcaire de quelques mètres d'epaisseur. L'essentiel du recouvrement sur lequel repose cette dalle est constitue d'argile et de sable (figure 1). La couche de charbon a ete exploitee par tranches sucessives et piliers avec remblayage. Cette forme C'ex ploitation devait proteger Ie village des trop fortes deformations (extension ou compression) qui s'averent la principale cause de dommages; pente et courbure de la cuvette d'affaissement ont peu d'influence car les constructions ont 3 etages au maximum. La figure 2 represente une superposition des mesures d'affaissements faites à la surface et de la position des exploitations sous-jacentes. Là discontinuite lithologique existant entre le calcaire et Ie recouvrement marno-sableux joue un rôle dans la repartition des affaissements et des deformations. Apres avoir mis ce rôle en evidence, nous attacherons à la preciser avec un certain nombre de calculs sur modèles. I - INFLUENCE D'UNE DALLE CALCAIRE Le Departement Production du National Coal Board [1] a etabli un abaque permettant en fonction de la largeur d'une exploitation et de sa profondeur d'etablir une courbe de bard de taille. Cette courbe correspond au profil obtenu au bout d'un temps infini après exploitation d'un demi-plan infini. Cette courbe a ete calculee pour chacun des 6 blocs en tenant compte des diverses profondeurs et ouvertures exploitees. D'après ORCHARD [2] la sommation de ces courbes permet d'etablir un profil d'affaissement relatif à une coupe donnee, comme cela a ete fait dans la figure 2. La figure 3 resume les resultats des mesures d'affaissement à la fin de l'annee 1977 soit 9 mois à 1 an après l'arrêt de la plus grande partie des travaux. Le recouvrement n'est que très peu different du point de vue lithologique et geomecanique, de celui du bassin du Nord et du Pas-de-Calais où des etudes precises [3] ont montre qu'au bout de 7 mois 99 % des affaissements se sont donnes. Par consequent, les maxima d'affaissement devraient être presque atteints. La similitude entre affaissements calcules et affaissements mesures est tout-à-fait convenable, comme le montre la figure 4: la difference n'est que de 15 à 20 % essentiellement sur les affaissements moyens. Les affaissements maximaux sont en fait observes plus au centre de la dalle calcaire que ne le laissait prevoir le calcul. Cette repartition reflète plus nettement encore l'influence de cette dalle.

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