Mechanical–transport processes in salt: consequences for abandonment of underground exploitations

ABSTRACT: The paper is devoted to two major aspects related to the abandonment of salt mines: 1)- Long-term risk associated with the mechanical instability of surface and its consequences for public security and properties. 2)- Long term dissolution and transport of salt resulting from its communication with groundwater. Basic characteristic features of salt deposits and mining methods are presented through the studies already undertaken on French mines. This analysis allows to identify major hazards encountered in different traditional salt mines and solution-mining cavities. In particular, the role of overburden (presence and thickness of salt layer in exploitation roof, presence of clayey rocks or hard rocks e.g. dolomite or anhydrite), presence of water-bearing strata and possibly natural brine levels, discontinuities, etc. are discussed. In the second part, the main features of mechanical behaviour of salt (creep, damage) as well as transfer processes of this material are presented. The influence of these aspects on the long term evolution of abandoned salt mines is then analysed. KEY WORDS: exploitation, abandonment, salt, mechanical, stability, transport, solution, brine. ZUSAMMENFASSUNG: Der Artikel bezieht sich auf zwei bedeutende Aspekte beim Salzabbau: 1)-Das langsfristige Risiko zur Bodenoberflächeunbeständigkeit und sein Einfluss über Mensch= und Gütersicherheit. 2)-Die langsfristige Auflösung und Beförderung des Salz beruhen sich auf Studien über französiche Bergbauen. Diese Analyse emöglicht es, die bedeutendesten Risiken in verschiedenen Salzgruben zu identifizieren, bzw. Traditionellen oder durch Auflösung abgebauten. Insbesondere wird die Rolle des Deckgebirges (Vorhandensein und Dicke von Salzschicht am Dach des Grube, Beisein von Tanlager oder hartem Gestein wie Bitterkalk oder Anhydrid), Beisein von wasserhaltigem Boden und/oder gesalzenen Wasserflächen, Trennflächen, usw… erötert. Im zweiten Teil werden die haupsächlichen Eigenschaften des Salzverhaltens (Kriechen und Beschädigung) beschrieben. Ihr Einfluss über das Verhalten von stillgelegten Bergwerken lässt sich analysieren. SCHLÜSSELWÖRTER: Bergwerksbetrieb, Stilllegung, Mechanik, Beständigkeit, Ausbreitung, Aussolung, Solewasser. RESUME: L’article est consacré à deux aspects majeurs liés à l’abandon d’exploitations de sel : 1)- Le risque d’une instabilité à long terme de la surface du sol et son incidence sur la sécurité des personnes et des biens. 2)- La dissolution à long terme et le transport de sel sous l’effet d’une communication avec des eaux souterraines. Les principales caractéristiques de gisements et d’exploitations de sel sont présentées en s’appuyant sur les études antérieures réalisées sur les exploitations en France. Cette analyse permet d’identifier les risques majeurs rencontrés dans différentes mines de sel traditionnelles ou exploitées par dissolution. En particulier, le rôle du recouvrement (présence et épaisseur d’un banc de sel au toit de l’exploitation, présence de terrains argileux ou de roches dures telles que la dolomie ou de l’anhydrite), présence de terrains aquifères ou de nappes salées éventuelles, discontinuités, etc. sont discutées. Dans la deuxième partie, les principaux traits du comportement mécanique du sel (fluage, endommagement) ainsi que les processus de transport de ce matériau sont présentés. L’influence de ces aspects sur le comportement à long terme d’exploitations abandonnées de sel est ensuite analysée. MOTS CLES: exploitation, abandon, mécanique, sel, stabilité, transport, dissolution, saumure.