UNIVERISITE DE KOLWEZI

FACULTE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT DE MINES ET GRAND TRAVAUX

STABILITE ET CONTRAINTES
DES OUVRAGE MINIERS
SOUTERRAINS
Présenté par le groupe IV
Promotion IIe Bachelier
Dispensé par As. Ir Civil LUHALWE
KAKUDJI Alphonse

ANNEE ACADEMIQUE 2023-2024

DEPARTEMENT DE MINES ET GRAND TRAVAUX

STABILITE ET CONTRAINTES
DES OUVRAGE MINIERS
SOUTERRAINS
Présenté par le Groupe IV
BANZA KABONGO François KALOMBO NGWEJ Henock
LASONI KANYEMBO Johnny BUNDA MAKAYA Amadou
ILUNGA MUSWAMBA Meschack KASONGO MBOLELA Shadrack
BULEMBE BIN KYANZA Adolph MATOMB BANDANI Josh
FUFUTA KANTENGA Caleb MBANGU MUTAZA Agay
MBUMBA NGOY Jothan NGOIE ILUNGA Helmuth
KANYAMA DIBANGA Bethsalel KAJAMA NGOIE Jacques

Dispensé par As. Ir Civil LUHALWE KAKUDJI Alphonse

ANNEE ACADEMIQUE 2023-2024

La stabilité des ouvrages miniers souterrains est un enjeu crucial dans l'industrie minière,
influençant directement la sécurité des travailleurs, la durabilité des infrastructures, et la viabilité
économique des opérations minières.

Les ouvrages souterrains comprennent les puits, les galeries, les chambres, et autres
structures excavées dans la roche pour accéder aux gisements minéral. La stabilité de ces
structures dépend de nombreux facteurs, notamment les propriétés géomécaniques de la roche, les
méthodes d'excavation et bien d’autres facteurs qui seront développés dans la suite de ce travail

Par ailleurs tel que recommande le système LMD, il nous a été demandé de parler sur la
stabilité et contraintes des ouvrages miniers souterrains, sachant que la stabilité vaut
99% de la viabilité d’un ouvrage minier et vue l’importance et la pertinence de ce sujet, notre
travail est subdivisé de la manière suivante :
1. GENERALITES SUR LES OUVRAGES MINIERS SOUTERRAINS
 Définition de concepts
 Rôle (utilité)
2. SOLLICITATIONS AUTOUR D’UN OUVRAGE MINIER
 NATURE
 FORME
3. CONSTRUCTION DES OUVRAGES
4. CONCLUSION
 I. GENERALITES SUR LES OUVRAGES MINIERS
SOUTERRAINS
La construction des ouvrages souterrains, quel que soit leur nature, ce fait par
l’exécution de creusement ‘‘Fonçage’’ à travers des formations géologiques de nature et
propriétés variées. Nous allons définir de ce fait quelques concepts qui nous
accompagneront dans ce travail
1. Définition de concept
a. Puit
On définit un puit de mine comme étant la voie de communication verticale ou incliné qui
nous permet d’accéder au gisement en mettant les travaux souterrains en communication avec la
surface.
La figure 1 est la surface libre d’un puits

Figure 1
Il est à noter que dans une mine il existe plusieurs types de puits, on les caractérise suivant
leurs utilisations c’est le cas de : Puits d’accès, puits d’aérage, puits d’exhaure, puits d’extraction …

b. Galerie
Une galerie est toute voie souterraine horizontale ou inclinée par rapport à la surface
qui nous permet d’exploiter un gisement.
La figure 2 montre une galerie en pleine activité minière
 Figure 2
On distingue les galeries suivant leurs utilisations

Les ouvrages miniers souterrains sont cruciaux pour l’économie mondiale mais aussi
l’extraction de ressources minérales présente des défis uniques en termes de sécurité et de
gestion d’eau souterraine ; c’est ainsi le chapitre deux parlera de sollicitations autour des
ouvrages miniers
II. SOLLICITATIONS AUTOUR DES OUVRAGES MINIERS
SOUTERRAINS

Les ouvrages miniers souterrains sont soumis à diverses sollicitations qui influencent leur
stabilité et leur sécurité ; ces sollicitations doivent être gérées avec beaucoup de sérieux pour
garantir Les opérations (sécurité et efficacité) dans les conditions le plus rentable que possible
Par ailleurs nous parlerons de nature de sollicitation au quelle ce dernier sont confronté :
a. Sollicitation Mécanique
Le mort terrain représente plusieurs couches rocheuses situés au-dessus des puits, galeries,
… qui exerce une pression constante qu’on appelle contrainte naturel ou gravitationnel sur les
structures, cette pression (contrainte) varie en fonction de la profondeur de la mine, la
composition géologie du gisement (Nature de la roche)
Contrainte et déformation : les mouvements tectoniques et l’activité minière elle-même peut
entrainer des fissures voir même effondrements sur la mine si elle ne est pas bien entretenu
b. Sollicitation Thermique
Les sollicitations thermiques proviennent de la chaleur géothermique, opérations de
chargements et transports, abattages, et bien d’autres opérations qui se fait ressentir dans la mine
c. Sollicitation Hydraulique
L’eau douce en grande réserve ce trouve en profondeur, étant dans son milieu naturel, ce
dernier pose un défis importants sur la nature de la roche, l’infiltration d’eau dans une galerie peut
entrainer des inondations compromettant la stabilité des structure
La gestion des sollicitations dans un ouvrage minier est un défi complexe qui nécessite des
approches multidisciplinaires
Par ailleurs nous parlerons de construction des ouvrages partant du choix à adopter
jusqu’au soutènement
 III. CONSTRUCTION DES OUVRAGES
Le creusement des excavations horizontales, inclinés et galeries sont
conditionnés par l’usage de ce dernier, nous avons par exemple les galeries de :Transport de
minerai ; le puits d’accès ou de raccourci ; puits d’exhaure ; puits de ventilation ; et consort
A. Formes et dimensions
La forme et les dimensions de la galerie sont choisies en fonction de la largeur et auteur du
plus grand engin d’ailleurs dans les mines, la forme générale consiste en la combinaison d’un
demi-cercle et d’un rectangle appelée forme voûtée comme sur la figure 3

Figure 3
Les dimensions sont en général de :
 6 m de largeur et 7 m de hauteur pour les galeries principales
 4 m de largeur et 5 m de hauteur pour les galeries secondaires.
B. Machines de forage
Le forage s’effectue actuellement avec des équipements miniers semi-mobiles appelés
Jumbos. Il en existe des Jumbos à un seul bras, deux et trois bras de forage utilisés selon les
dimensions des galeries à creusées.
La figure 3 montre un jumbo à 3 bras qui est une machine qui révolutionne le creusage

Figure 4
 C. Minage
Le minage dans le creusement des galeries révèle d’une particularité ahurissante, le
bourrage n’est pas aussi obligatoire que dans les mines à ciel ouvert. Mais, l’explosif ne doit pas
être rempli jusqu’à l’orifice du trou de mines. La partie du bourrage peut être laissée vide.
L’explosif est rempli jusqu’à une profondeur de 2/3 de la profondeur du trou, le tiers restant libre.
Le placement des retards est d’une importance capitale car toute la fragmentation repose sur elle.
L’ordre de minage recommandé est (figure 5) :
1. Le bouchon
2. L’élargissement
3. Les parements
4. Le toit
5. Le radier

Figure 5
D. soutènement
Lors de l’exploitation, les mineurs sont directement exposés à des terrains potentiellement
instables au voisinage des fronts de taille, ce qui nécessite des travaux de soutènement afin
d'assurer la sécurité des excavations pratiquées dans les roches et dans le sol. Les risques les plus
connus sont l’effondrement, chute de pierre, glissements de terrains. La consolidation des strates
et la stabilisation des talus s'appliquent autant aux mines souterraines qu'aux mines à ciel ouvert.
C'est pour cela que dans une mine souterraine il a été important de définir les techniques ou les
méthodes de stabilisations en vue de stabiliser les parois de celle-ci et cela dans le but de rendre la
vie sauve.

 Soutènement en bois
Un boisage est un soutènement qui est monté entre deux murs d’un gisement incliné
(Semi-dressant). Pour l’utilisation comme boisage, habituellement les bois d’une longueur de plus
de 4 pouces ne sont pas disponibles. Prenons en considération tous ces paramètres, une méthode
connue sous le nom de boisage a été conçu, ce qui veut dire une méthode d’extraction qui est
applicable pour les corps minéralisés dressant mince avec des murs faibles requérant un
soutènement sous la forme de boisage.
La figure 6 montre la forme de boisage

Figure 6

Le système est caractérisé par l’utilisation régulière de boisage dans les chambres et aussi
aux ouvertures faites dans les roches stériles. Les conditions suivantes sont souhaitables en
général, pour l’application du boisage :
- Résistance des minerais
- Résistance des roches
- Forme du gisement
- Pente du gisement
- Dimension et épaisseur du gisement
- Teneur uniforme et haute en minerai.
- Profondeur (pratiquée jusqu’à 1 km).
 Les boulonnages
Le principe de cette technique est d'armer et de rendre cohérent la masse rocheuse en ciel
pour la rendre capable de reporter le poids des roches sur les piliers ou sur les flancs des galeries.
C'est notamment le cas d'un toit lié en bancs horizontaux. On utilise des boulons métalliques ou
des boulons en fibre de verre.
  Béton (Projection de béton)
Le ciment Portland artificiel (CPA) peut être éventuellement utilisé dans les terrains secs
autres que le trias. Par contre, dès que les terrains sont aquifères, on doit faire des analyses
systématiques pour définir le pH des eaux. Dans les cas courants, on choisira le ciment de haut
fourneau (CHF) ou le ciment de laitier au clinker (CLK). L’emploi du ciment sursulfaté est réservé
au contact d’eaux fortement séléniteuses. Le dosage variera, pour les radiers non armés de 160 à
200 kg/m3 jusqu’à 400 kg/m3 pour les revêtements armés ou non.
Dans les cas les plus fréquents, on recourt au bétonnage mécanique, soit à l’aide d’un
appareil à transport pneumatique, soit, plus volontiers, au moyen d’une pompe. Dans tous les cas,
on placera l’engin de transport à proximité du lieu d’utilisation (100 à 300 m).
  Le métal
Les cintres peuvent être définis comme des ossatures le plus souvent métalliques en forme
d’arcs ou de portiques disposés dans la section transversale de l’ouvrage et dont les membrures
sont placées le long des parois où elles sont calées, soit directement, soit par l’intermédiaire d’une
peau de blindage. Il s’agit d’une structure rigide de caractère discontinu, qui n’est pas liée de façon
intangible au terrain. Suivant le rôle qu’ils assurent, les cintres peuvent être utilisés comme :
 Protection contre la chute des blocs isolés sans chercher à s’opposer aux déformations
d’ensemble
 Soutènement pour ralentir la convergence des parois
 Renforcement, s’il s’agit de consolider un ouvrage ancien.
 CONCLUSION
La stabilité des ouvrages miniers souterrains est un aspect essentiel de l'industrie minière,
affectant directement la sécurité des travailleurs, la durabilité des infrastructures et la rentabilité
des opérations. Les structures telles que les puits, les galeries et les chambres doivent être conçues
et maintenues avec une attention rigoureuse en tenant compte de propriétés géomécaniques de la
roche
Les sollicitations mécaniques, thermiques et hydrauliques exercent des pressions constantes
sur ces structures, nécessitant une gestion minutieuse pour assurer leur intégrité. L'utilisation de
techniques de modélisation numérique et de surveillance en temps réel permet de prévenir les
risques et d'améliorer la stabilité des ouvrages souterrains.
La construction et le soutènement des ouvrages souterrains requièrent une approche
multidisciplinaire, combinant expertise géologique, ingénierie et techniques modernes pour
garantir des opérations sûres et efficaces. En fin de compte, une gestion efficace de la stabilité non
seulement assure la sécurité des mineurs mais optimise également les coûts et maximise la
production, contribuant ainsi à la viabilité économique à long terme des mines souterraines.