Le Dr Jürgen Brune, de la Colorado School of Mines, aux États-Unis, discute de la nécessité d’améliorer la protection contre les explosions de poussière de charbon dans les mines souterraines.
L’explosion d’avril 2010 à la mine Upper Big Branch (UBB) en Virginie-Occidentale s’est produite il y a près de quatre ans. Au total, 29 mineurs sont morts et deux ont été grièvement blessés dans une catastrophe qui a marqué à jamais la vie de leurs familles et de leurs proches. À l’UBB, un allumage relativement faible près de l’extrémité du hayon de la face à longue paroi s’est transformé en une explosion majeure de poussière de charbon qui s’est propagée à travers une grande surface de la mine avec des flammes carbonisant près de 50 milles d’entrées de mine.1
Une explosion de poussière de charbon aussi dévastatrice peut-elle se reproduire? Malheureusement, oui, il le peut.
Chaque automne, l’Administration américaine de la sécurité et de la santé des mines (MSHA) émet une alerte hivernale qui met en garde contre les dangers des explosions de poussières de charbon, qui sont plus susceptibles de se produire en hiver lorsque l’air de la mine est plus sec. La poussière de charbon bitumineux fine est hautement explosive lorsqu’elle est suspendue dans l’air. Dans une explosion typique de poussière de charbon, la poussière est balayée par une petite explosion de méthane, qui fournit également la flamme d’amorçage. Les explosions de poussière de charbon peuvent également être déclenchées par le dynamitage – en particulier par des tirs d’explosion – et cela a souvent provoqué des explosions au début du 20e siècle.
Une fois déclenchée, une explosion de poussière de charbon peut se propager à travers de vastes zones de la mine en faisant tourbillonner de nouvelles poussières de charbon dans l’air devant la flamme de l’explosion. Ce schéma se poursuivra jusqu’à ce qu’il ne reste plus de poussière de charbon ou jusqu’à ce que l’explosion atteigne une zone où la poussière de charbon a été suffisamment inertisée en la mélangeant à de la poussière de roche. En écrivant son livre sur les explosions de poussières de charbon, Cybulski a effectué des milliers de tests d’explosion dans la mine expérimentale polonaise « Barbara ».2 Les principales constatations suivantes ont été documentées par Cybulski:
- Plus la poussière de charbon est fine et plus la matière volatile du charbon est importante, plus son risque d’explosion est grand.
- Les explosions de poussière de charbon peuvent être évitées en mélangeant la poussière de charbon avec de la poussière inerte (poussière de roche). Si une grande partie de la poussière de charbon est plus fine que 200 mesh (74µm), plus de 80% de poussière de roche inerte peut être nécessaire pour éviter les explosions.
- Si l’explosion initiatrice est suffisamment forte, même la poussière de charbon humide peut exploser.
- Les barrières anti-explosion peuvent arrêter les explosions de poussière de charbon.
Aux États-Unis, la plupart des exploitants de mines utilisent l’inertisation des poussières de roche comme méthode de protection privilégiée contre les explosions de poussières de charbon. En 2011, le MSHA a augmenté la teneur totale inerte (TIC) requise pour la poussière de mine dans les voies respiratoires d’admission de 65 % à 80 %, la même qu’elle était (et est) pour les voies respiratoires de retour. Ce changement était basé sur la reconnaissance, d’après les recherches de l’Institut National de la Sécurité et de la Santé au Travail (NIOSH), que l’augmentation de la mécanisation dans les mines d’aujourd’hui a également augmenté la finesse et donc le risque d’explosions de poussières de charbon. La transition vers la coupe entièrement mécanisée et le transport par convoyeur à bande produit plus de poussières fines par rapport au sous-découpage, au sablage et au transport sur chenilles à l’ancienne.
Pour prévenir efficacement les explosions, la poussière de roche doit être soigneusement mélangée à la poussière de charbon. Si la poussière de charbon est autorisée à former des couches sur des surfaces recouvertes de roche, le risque d’explosion augmente car seul le haut 1/8 po. de poussière est récurée lors d’une explosion. Les tests du Bureau des mines et du NIOSH des États-Unis ont démontré qu’une couche de poussière de charbon n’était que de 4/1000 po. une épaisseur (équivalente à l’épaisseur d’une feuille de papier) peut être suffisante pour propager une explosion de poussière. Par conséquent, la méthode préférée d’application de la poussière de roche consiste à utiliser des dépoussiéreurs qui libèrent de la poussière de roche directement dans l’air de retour, en quittant la section, en la mélangeant soigneusement avec les particules de poussière de charbon dans l’air. Les bandes transporteuses sont généralement dépoussiérées par lots: ici, l’application fréquente d’un époussetage de roche léger est préférée à un époussetage lourd à intervalles plus longs pour éviter la superposition. Si la quantité de poussière de roche est suffisante pour empêcher les explosions de poussière de charbon peut être déterminée presque instantanément avec le détecteur d’explosibilité de poussière de charbon (CDEM) développé par le NIOSH.
Les exploitants de mines européennes piègent la poussière de charbon explosive avec des sels hygroscopiques, y compris des solutions de chlorure de calcium et de magnésium. Les sels restent humides en attirant l’eau de l’air de la mine. La surface humide emprisonne toute poussière de charbon se déposant sur les surfaces traitées. Les applications de sel durent plusieurs jours, en fonction de l’humidité de l’air de la mine. Les sels peuvent être pulvérisés à tout moment car, contrairement à la poussière de roche, ils ne sont pas transportés sous le vent où ils obstruent la visibilité des mineurs.
Une deuxième technologie remarquable pour la prévention des explosions de poussières de charbon est l’utilisation de barrières antidéflagrantes. Les barrières passives sont constituées de grandes auges remplies d’eau et suspendues sur des étagères à des endroits stratégiques dans les entrées de la mine. La pression d’explosion renverse les étagères et l’averse d’eau éteint la flamme, arrêtant l’explosion. Le rapport de l’UBB du Bureau de la Santé, de la Sécurité et de la formation des mineurs de Virginie-Occidentale note qu’un puisard de pompe dans la mine de l’UBB avait manifestement agi comme une barrière anti-explosion et empêché l’explosion de se propager davantage dans les entrées du headgate 21.3
Les têtes de route utilisées pour le développement minier dans les mines européennes sont généralement équipées de barrières actives déclenchées. Si le méthane s’enflamme près de la tête de coupe, un capteur déclenche instantanément la libération d’agent extincteur de six à huit récipients sous pression montés sur la flèche de coupe pour étouffer la flamme. Étant donné que tout allumage mineur de la face peut déclencher une violente explosion de poussière de charbon, cette technologie de barrière active est un contrôle technique important pour la prévention de telles explosions.
Conclusions
La poussière de charbon continue de présenter un risque d’explosion important. Les exploitants de mines doivent suivre un programme rigoureux et complet d’application, d’entretien et d’essais de poussière de roche pour s’assurer que des niveaux d’inertisation suffisants sont présents. Des recherches supplémentaires devraient être menées pour déterminer quelles technologies de barrière peuvent être appliquées dans les mines américaines pour fournir un niveau de sécurité supplémentaire contre les inflammations par frottement et dans les entrées de ceinture où l’entretien de la poussière de roche est difficile.
1. PAGE, N. G et coll., « Rapport d’enquête, Explosion mortelle d’une Mine souterraine, 5 avril 2010, Mine Upper Big Branch – South », Administration de la Sécurité et de la Santé des mines, Virginie, p. 965, 2011.
2. CYBULSKI, W., Les explosions de charbon et leur suppression, Rapport No. TT 7354001+ », traduit du polonais, Bureau des mines des États-Unis, Washington, pp. 586, 1975.
3. PHILLIPS, C.A., « Rapport d’enquête sur l’explosion de la mine à la mine Upper Big Branch », Boone/Raleigh Co., Virginie-Occidentale, pp. 319, 2012.
Cet article est paru pour la première fois dans le numéro de février de World Coal sous le titre : Brune, J., « A clear and present danger », World Coal (février 2014), p. 14.
Écrit par le Dr Jürgen Brunner, École des mines du Colorado.
Édité par Jonathan Rowland