National audienceSi tous les coups de terrains constituent des événements sismiques, tous les événements sismiques ne dégénèrent pas en coups de terrains. Les causes intrinsèques de ces événements sismiques particuliers, s'il en existe, sont mal connues et leur prévision à court terme soulève de grandes difficultés

Senfaute, Gloria

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Etude des crite`res microsismiques d’e´valuation d’unrisque de coups de terrainsGloria SenfauteTo cite this version:Gloria Senfaute. Etude des crite`res microsismiques d’e´valuation d’un risque de coups de ter-rains. Journe´e technique CdF, Jun 1996, Saint-Etienne, France. pp.140-147, 1996. <ineris-00971977>HAL Id: ineris-00971977https://hal-ineris.ccsd.cnrs.fr/ineris-00971977Submitted on 3 Apr 2014HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. 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L'étudedétaillée de la répartition spatiale des foyers microsismiques permet de mettre en évidence descorrélations cohérentes entre la position des foyers, les changements dans l'état de contraintesdu massif lors de l'exploitation et la configuration de l'exploitation. Les résultats ouvrent desperspectives intéressantes en ce qui concerne la recherche des risques de coups de terrains parécoute microsismique.INTRODUCTIONSi tous les coups de terrains constituent des événements sismiques, tous les événementssismiques ne dégénèrent pas en coups de terrains. Les causes intrinsèques de ces événementssismiques particuliers, s'il en existe, sont mal connues et leur prévision à court terme soulèvede grandes difficultés. Ainsi, la libération brutale d'énergie peut se produire en divers endroitspar rapport au front d'exploitation, par exemple :• dans la couche exploitée en avant du front de taille,• en arrière du front de taille exploitée,• dans des piliers se trouvant au voisinage de l'exploitation,• dans deux ou plusieurs des endroits énumérés ci-avant, simultanément ou presquesimultanément. <1/8L'étude détaillée sur la répartition spatiale des foyers sismiques est ainsi d'un intérêt particulierdans la recherche des critères microsismiques d'évaluation d'un danger. C'est dans ce cadreque l'étude détaillée sur la position des foyers microsismiques est réalisée.Présentation du chantier étudiéLe chantier choisie pour étudier en termes de risques d'un danger d'intabilité dynamique larépartition spatiale des foyers sismiques est le quartier d'exploitation de l'Estaque Nord (taille07) à l'U.E. Provence. Le choix d'étudier la répartition spatiale d'événements associés à cettetaille a été effectué d'après les critères suivants :• l'exploitation de cette taille a été effectuée selon deux configurations d'exploitationdifférentes, ce qui permet d'étudier le comportement de l'activité microsismique suivantdes configurations distinctes (figure 1),• plusieurs phénomènes dynamiques ont affecté l'exploitation de cette taille,• sa position centrale par rapport à la géométrie du réseau sismique est très favorable àune meilleure précision dans la localisation des foyers.failleMassif / / &vierge / •/£*H Vieux travauxFigure 1 : Représentation schématique des configurations d'exploitation de la taille en étude :géométrie 1 et géométrie 2.Une bonne précision sur le temps d'arrivée de l'onde est indispensable dans la localisation desfoyers. Pour ceci, le traitement manuel de 2 114 événements sismiques associés à2/8l'exploitation de la taille 07, c'est-à-dire, le pointé manuel du début et de la fin de l'onde de19026 signaux sismiques a dû être effectué. Ce traitement assure une grande partie de laprécision recherchée pour la localisation des foyers.Position des foyers microsismiaues par rapport au front de la taille exploitéePour chaque événement, la distance entre le front de la taille et le foyer sismique a étédéterminée ainsi que la localisation par rapport au front, c'est à dire à l'arrière ou à l'avant dufront. Les résultats montrent que la répartition des foyers microsismiques est fortementdépendante de la géométrie d'exploitation, à savoir :• dans la géométrie 1 (la taille longe les vieux travaux d'une taille adjacente) les événementsse localisent dans toute la gamme des magnitudes à l'avant et à l'arrière du front de la taille,mais ils sont plus nombreux à l'avant du front, entre 0 et 50 mètres à l'avant,• dans la géométrie 2 (la taille longe un pilier) les événements sismiques se localisentégalement à l'arrière et à l'avant du front, mais à la différence de la géométrie 1 ils sont plusnombreux à l'arrière du front, entre 0 et 80 mètres à l'arrière.Ces résultats fournissent un premier classement des événements sismiques :• événements classe A : population d'événements localisés à l'avant du front de la taille.L'avant de la taille accompagnant l'avancement est une zone de fortes contraintesdynamiques. Ce serait la mise en charge et la facturation de l'avant du front de la tailleexploitée qui seraient responsables de l'apparition de ces événements,événements classe B : population d'événements localisés entre 0 et 80 mètres à l'arrièredu front. Plusieurs phénomènes, parmi lesquels le foudroyage de l'arrière taille et laconfiguration d'exploitation seraient responsables de l'apparition de ces événements.Ces résultats dessinent une bonne cohérence entre la position des foyers microsismiques et leschangements qui s'opèrent dans les chantiers lors de l'exploitation. Une étude quantitative dela répartition des événements permettra d'établir des critères concrets sur la positionpréférentielle des foyers.3/8Quantification de la répartition des foyers sismiauesPour quantifier la répartition des événements sismiques nous avons procédé à un découpagede la taille par zones. Dans ce découpage la taille est divisée en 16 zones différentes (exemplefigure 3). Chaque zone contient, en nombre et en pourcentage, les événements sismiquescorrespondants.axe de la tailleArrière du front |frontmètres?< -50-50 à 00 à50>50totd>10015913/0 àl 00\26front d10140 à-100373 taille1115y< -100481216totdlimite taille - massif vierge limite taille - vieux travaux oupilierFigure 3 : Représentation graphique du découpage par zones de la taille 07 en vue dequantifier la répartition des foyers sismiques. L'axe X au centre du carré correspond au frontde la taille et l'axe Y au centre correspond à l'axe central de la taille.Une fois que les limites des différentes zones ont été définies le nombre et le pourcentage desecousses correspondant à chaque zone et ceci par classes de magnitude et par configurationd'exploitation ont été calculés. La distribution des secousses dans ces 16 zones permettrad'interpréter la distribution préférentielle d'une population de 2114 événements sismiques(figure 4 ).4/8MAGNITUDE < 2 GEOMETRIE -1 Magnitude < 2 GEOMETRIE - 22S•£edu fro<front•3<Magnitude <2.52< -50-50 à 00 à 50>50totdMv>1000010,281,281,2172,6Mv-Tc0 àlOO101,5406 1front c6193n -,18227,8GEOMETRIE -1Ta-Vt0 à-100111.7yU '<33651,3Vt< -100132507,6213,2365,512018,3totd345.212122,520531,325333,66551002S Magnitude < 2.5 GEOMETRIE - 2MagnitudeArriére OJ frontI Avcnt dj front3< -50-50 àO0 à50>50totd2.5Mv>1 000000000011,9Mv-Ta0 àlOO11,900front d35,80047,7GEOMETRIE -1Ta-vt0 à-10011 9•• •V i1 0 ''•2955.8Vt< -10059 61 917 7totd713,6815,41834,6r/P'%9'f/yfy&M 36,934,6 J 100Magnitude » 2,5 GEOMETRIE - 2Figure 4 : Répartition préférentielle des foyers sismiques suivant la géométrie d'exploitationet la magnitude de l'événements sismique. La zone hachurée représente la concentration dessecousses >= 10%. Le chiffre en haut de chaque maille correspond au nombre de secousses etle chiffre du bas au pourcentage. Mv : massif vierge, Ta : taille, Vt : vieux travaux.5/8Les événements microsismiques faibles : magnitude < 2.0Dans la géométrie 1 (la taille longe les vieux travaux d'une taille adjacente), les événementsmicrosismiques de magnitude inférieure à 2.0 se localisent à l'intérieur de la taille exploitée etpréférentiellement à l'avant du front, à environ 25 mètres du front (figure 5a). Tandis que dansla géométrie 2 (la taille longe un pilier), les événements se localisent préférentiellement àl'arrière du front à environ 25 mètres à l'arrière et à l'extérieur de la taille exploitée, c'est à diredans la zone du pilier (figure 5b).magnitude < 2,00'/<•5263)arrière du Irondu Ironl10050-100J\y\A(A^—.magnitude < 2,001——_-150 -100Diussil vierge-50 0 50largeur du Iront de taille100 150I pilierFigure 5 : Position préférentielle des événements sismiques faibles (magnitude < 2) induitslors de l'exploitation de la taille 07 du quartier Estaque Nord, suivant deux configurationsd'exploitation distinctes : a. géométrie 1, b. géométrie 2.La distribution préférentielle de cette catégorie d'événements met en évidence les zonesd'appuis des vides créés à l'arrière de la taille. Ainsi, dans la géométrie 2, le pilier adjacent àl'exploitation constituerait une zone importante d'appui dû au vide de l'arrière-taille. Lespiliers qui limitent les anciennes exploitations constituent des zones surchargées; l'arrivée dufront d'exploitation dans ce type de configuration créerait une surcharge dans des zones déjàsurchargées qui générerait une microfracturation responsable de l'apparition de ces faiblesévénements. Dans une exploitation adjacente aux vieux travaux (géométrie 1), les événementsfaibles se localisent préférentiellement à l'avant du front d'exploitation, celui-ci caractériseraitl'appui principal des vides créés à l'arrière de la taille.Les événements microsismiques forts : magnitude >= 2.5Dans la géométrie 1 (la taille longe les vieux travaux d'une taille adjacente), les événements selocalisent à l'intérieur de la taille exploitée avec une répartition préférentielle à l'avant du frontde la taille entre 25 et 100 mètres à l'avant (figure 6a). Dans la géométrie 2 (la taille longe un6/8pilier) les événements se regroupent également à l'intérieur du panneau exploité etpréférentiellement à l'avant du front entre 20 et 50 mètres de celui-ci (figure 6b).15(1 -1ri\/\ / \f IMNX) -50 0 50 Hiiryair JulrmiidclaillL'200 muXI 1 .Figure 6 : Position préférentielle des événements sismiques forts (magnitude > 2.5) induitslors de l'exploitation de taille 07 du quartier Estaque Nord, suivant deux configurationsd'exploitation distinctes : a. géométrie 1, b. géométrie 2.Ces fortes secousses (magnitude > 2,5 ) seraient représentatives de la mise en chargedynamique et de la fracturation à l'avant du front de la taille. Une partie de cette catégoried'événements se localise également dans la zone des vieux travaux de la taille adjacente; ilsseraient associés à l'ouverture ou au glissement des anciennes fractures remises en jeu lors del'exploitation du nouveau panneau adjacent.Syrek et Kijko (1988) ont obtenu des résultats similaires dans les mines de charbonPolonaises. Ces auteurs montrent que les événements les plus énergétiques se localisentpréférentiel lement à l'avant du front de la taille exploitée.La position des foyers microsismiques et les coups de terrainsL'exploitation de la taille 07 du quartier Estaque a été affectée par des phénomènes de coupsde terrains. Ces phénomènes se localisent dans une configuration d'exploitation où le panneauexploité longe les vieux travaux d'une taille adjacente (géométrie 1, figure 6a). Tous cesévénements sismiques associés à des dommages (coups de terrains) se localisent à proximitédu front de la taille entre 0 et 50 mètres à l'avant et du côté des anciens travaux d'une tailleadjacente.Ces résultats montrent que les événements forts (magnitude > 2,5) qui se localisent àproximité du front de la taille, du côté des anciens travaux et essentiellement à l'avant du front7/8entre 0 et 50 mètres à l'avant seraient des événements microsismiques avec un dangerpotentiel de coups de terrains.SynthèseL'étude de la répartition spatiale de 2 114 événements microsismiques met en évidence descorrélations cohérentes entre la position des foyers et les zones de mise en charge lors del'exploitation. Les résultats montrent que la configuration d'exploitation a une influencesignificatif sur la localisation préférentielle des événements microsismiques.En termes d'évaluation d'un danger basé sur la position des foyers, les résultats mettent enévidence que si les foyers des secousses fortes sont très proches du front de la taille exploitée,essentiellement devant le front et du côté d'anciens travaux d'une taille adjacente, il y aurait undanger potentiel de coup de terrain. Ceci peut constituer un critère microsismique de dangerd'instabilité dynamique. La détermination de ce "critère" est un pas très important qui sert dedirective dans la recherche de critères beaucoup plus détaillés.RéférencesBigarré P., Labiée S., Dodo Amadou A., Piguet J.P., Josien J.P., 1995. Utilisation de réseauxneuromimétriques pour la localisation automatique d'événements microsismiques.International Congress on Rock Mechanics, Tokyo.Gibowicz S., 1990. Keynote lecture : the mechanism of seismic events induced by mining.2nd Int. Symp. Rockbursts and Seismicity in Mines, éd. Fairhurst C , Balkema, pp 3 - 27.Senfaute G., Bigarré P., Josien J.P.,Mathieu E., 1994. Real-time microseismic monitoring :Automatic wave processing and multilayered velocity model for accurate event location. RockMechanics in Petroleum Engineering, EUROCK'94 Delf/Netherlands, Balkema, pp 631 - 638.Senfaute G., 1995. La surveillance microsismique de l'exploitation souterraine du charbon auxHouillères de Provence. Thèse présentée à l'Institut National Polytechnique de Lorraine, 321pages.Syrek B., Kijro C , 1988. Energy and frequency distributions of mining tremors and theirsrelations to rockburst hazard in the Wujek coal mine, Poland. Acta Geophy. Pol., n° 36.8/8

Etude des critères microsismiques d'évaluation d'un risque de coups de terrains

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