boulon d'ancrage de toit

Un boulon de toit est une tige d'acier filetée, généralement de 16 à 25 millimètres de diamètre et de 1,5 à 2,5 mètres de long, enfoncée vers le haut dans la strate de toit d'une mine souterraine pour lier mécaniquement la roche fracturée ou faible et prévenir les chutes de terrain. Le boulon est fixé au collet avec une plaque et un écrou, puis tendu pour comprimer le toit et lier les couches de pierre potentiellement instables. C'est la principale défense contre l'effondrement soudain qui peut tuer des mineurs ou endommager l'équipement dans les mines de charbon, les mines de métaux et les opérations en roche dure.

Les boulons de toit sont installés à l'aide de foreuses manuelles ou mobiles qui percent un trou légèrement sous-dimensionné dans le toit. Le boulon est ensuite soit scellé en place avec des cartouches de résine ou de ciment, soit enfoncé comme un boulon à friction qui repose sur un ajustement serré et une friction mécanique contre les parois rocheuses. Les boulons liés à la résine, courants dans l'exploitation minière du charbon, utilisent des cartouches époxy à deux composants qui durcissent en quelques minutes. Les boulons à friction, entraînés par percussion ou des cales d'expansion, sont plus rapides à installer mais ne conviennent qu'aux roches compétentes. Certains boulons sont dotés d'une coque en résine qui ne s'active que lorsque le boulon atteint sa profondeur finale, réduisant le temps d'installation tout en maintenant un ancrage complet.

La longueur et l'espacement des boulons de toit sont déterminés par l'épaisseur et la qualité des strates du toit. Le schiste ou l'argilite faible peut nécessiter des boulons de 2 mètres espacés à des intervalles de 1 mètre; le grès ou le charbon plus résistant peut permettre des boulons de 1,5 mètre centrés à 1,5 mètre. La densité d'installation augmente près des intersections et autour des zones de travail où le stress se concentre. Un motif de boulons de toit compétent peut stabiliser 3 à 5 mètres de surcharge, créant efficacement une couche composite renforcée.

Modes de défaillance et inspection

Les boulons de toit échouent lorsque l'ancrage en résine durcit incorrectement ou ne prend pas en raison de conditions humides ou froides, lorsque les boulons à friction glissent sous charge à mesure que le poids de la roche s'accumule, ou lorsque le boulon lui-même se corrode dans l'eau de mine acide. La corrosion est un problème persistant dans les mines mal ventilées et très humides. L'inspection périodique par essai de traction, où une cellule de charge mesure la perte de tension, est le contrôle accepté de l'intégrité du boulon. Les boulons qui ont perdu plus de 10 à 15 pour cent de leur tension de précharge nécessitent généralement un renforcement ou un remplacement.

Le terme « roofbolt » est apparu dans l'exploitation minière du charbon en Amérique du Nord au milieu du XXe siècle et est depuis devenu la norme dans toutes les extractions souterraines. L'exploitation minière britannique utilise parfois le terme « roof bolt » ou « resin anchor »; les opérations australiennes spécifient souvent le diamètre et le motif du boulon de toit en centimètres plutôt qu'en mètres. Le boulon fait partie d'une suite plus large de soutènement qui comprend des étais en bois, des cintres en acier et du béton projeté, mais les boulons de toit ont largement remplacé le soutènement passif dans les opérations modernes car ils permettent des temps de cycle plus rapides et réduisent la consommation de bois.