L’extraction de réserves souterraines de charbon s’est faite d’abord par galeries creusées à flanc de coteau en suivant la veine à partir d’affleurements. Toutefois, des moyens inadéquats pour remonter le charbon à la surface et le risque d’inflammation de poches de méthane en présence de feux nus limitaient la profondeur des premières mines souterraines.

La demande croissante de charbon durant la révolution industrielle a encouragé le développement des techniques de fonçage de puits pour rejoindre des gisements plus profonds. Dès le milieu du XXe siècle, la majeure partie de la production mondiale de charbon provenait de mines souterraines. Au cours des décennies soixante-dix et quatre-vingt, des mines à ciel ouvert ont été ouvertes en grand nombre, dans certains pays en particulier, dont les Etats-Unis, l’Afrique du Sud, l’Australie et l’Inde. Puis les années quatre-vingt-dix ont vu un regain d’intérêt pour l’exploitation souterraine, et de nouvelles mines ont été ouvertes (par exemple dans le Queensland, en Australie) pour exploiter notamment les réserves profondes d’anciennes mines autrefois à ciel ouvert. Au milieu des années quatre-vingt-dix, les mines souterraines comptaient pour 45% dans la production mondiale d’anthracite. Le rapport entre le tonnage extrait à ciel ouvert et celui provenant des chantiers souterrains varie largement d’un pays à un autre; il était de moins de 30% en Australie et en Inde, et de 95% en Chine. Pour des raisons de rentabilité, les gisements de lignite sont rarement exploités en souterrain.

Une mine de charbon souterraine comporte essentiellement trois éléments: des chantiers d’abattage, des moyens pour transporter le charbon de ceux-ci jusqu’au puits d’extraction ou à la descenderie, et des moyens pour le remonter à la surface. La production implique également des travaux préparatoires, c’est-à-dire l’aménagement d’accès aux futurs chantiers; ces travaux constituent la phase la plus dangereuse pour les travailleurs.

La manière la plus simple d’accéder à un gisement de charbon est de suivre ses affleurements. Cette approche est encore largement pratiquée pour l’exploitation de gisements horizontaux ou quasi-horizontaux en terrain escarpé; c’est le cas, par exemple, pour le plateau appalachien au sud de la Virginie-Occidentale, aux Etats-Unis. La méthode d’exploitation mise en œuvre est en soi indifférente; ce qui compte, c’est d’atteindre le gisement par la voie la plus facile et la moins coûteuse possible. L’accès par galeries à flanc de coteau est pratique courante dans les régions où l’extraction repose sur une technologie peu avancée et où le produit de la vente du charbon provenant du creusement de ces galeries sert à financer les travaux préparatoires.

On peut aussi accéder au gisement par une descenderie (ou voie inclinée) ou un puits vertical, le choix étant généralement dicté par la profondeur du gisement: plus il est profond, plus les coûts d’aménagement d’un plan incliné permettant le transport par véhicules ou par convoyeurs sont élevés.

Le fonçage de puits, réalisé par forage descendant à partir de la surface, est une opération longue et coûteuse; il entraîne un délai relativement long avant le début de la production. S’il s’agit d’un gisement profond, comme c’est le cas dans la plupart des pays d’Europe et en Chine, le puits doit souvent traverser une couche aquifère; il est alors nécessaire, pour empêcher les venues d’eau, d’avoir recours à des techniques spéciales, comme la congélation du sol ou le gunitage des parois du puits, suivis de la mise en place d’un cuvelage d’acier ou de béton pour assurer une étanchéité durable.

On construit généralement une descenderie lorsque le gisement est trop profond pour une exploitation à ciel ouvert, mais relativement proche de la surface. Les couches exploitables du gîte de Mpumalanga dans l’est du Transvaal, en Afrique du Sud, par exemple, se trouvent à une profondeur qui ne dépasse pas 150 m; à certains endroits, elles sont exploitées à ciel ouvert, dans d’autres, en souterrain. Dans ce dernier cas, on a souvent recours à une descenderie pour amener le matériel aux chantiers et pour remonter le produit par convoyeurs.

A la différence des galeries d’accès à flanc de coteau, qui sont creusées dans le charbon, les descenderies sont généralement creusées dans le rocher (sauf si le pendage de la veine est constant). Elles sont aménagées suivant une pente régulière, de manière à faciliter la circulation des véhicules et le transport par convoyeurs. L’extraction du charbon par bandes transporteuses installées en des-cenderie, une innovation des années soixante-dix, présente, par rapport à la méthode traditionnelle d’extraction par puits, l’avantage d’une plus grande capacité et d’une plus grande fiabilité.

Les mines de charbon souterraines sont exploitées suivant deux méthodes principales et de nombreuses variantes correspondant aux conditions particulières des chantiers: ce sont la méthode des chambres et piliers et celle des longues tailles. Dans le cas des chambres et piliers, le gisement est quadrillé par des galeries creusées en laissant subsister entre elles, régulièrement disposés, des piliers de charbon de dimensions parfois considérables pour supporter le poids des terrains sus-jacents. La méthode des longues tailles, par contre, permet l’extraction complète de parties importantes du gisement, les vides de l’exploitation étant comblés par éboulement du toit.

L’exploitation par chambres et piliers est la plus ancienne des méthodes utilisées dans les mines souterraines de charbon, et la première à pratiquer le soutènement systématique du toit pour assurer la protection des mineurs. Rendue très productive par la mécanisation, cette méthode intervient dans certains pays pour une part importante de la production totale de charbon extrait en souterrain. Aux Etats-Unis, par exemple, elle représente 60% de la production des mines souterraines de charbon. La taille des exploitations est variable. Certaines mines d’Afrique du Sud exploitent sur plusieurs fronts des couches ayant jusqu’à 6 m d’épaisseur, et leur capacité de production dépasse 10 millions de tonnes par an. A l’autre extrême, un grand nombre de petites mines aux Etats-Unis travaillent sur des veines n’ayant parfois que 1 m d’épaisseur et sont capables de cesser leurs opérations rapidement et de les reprendre tout aussi rapidement en fonction de l’évolution du marché.

En règle générale, la méthode des chambres et piliers s’applique à l’exploitation de couches peu profondes, la pression exercée sur les piliers par les terrains sus-jacents n’étant pas excessivement élevée. Cette méthode comporte, par rapport à celle des longues tailles, deux avantages d’importance: la souplesse et la sécurité. Son principal désavantage réside dans la nécessité d’abandonner une proportion plus ou moins grande du gisement, déterminée par divers facteurs dont l’épaisseur et la profondeur de celui-ci. Des taux d’extraction de 60% sont possibles, atteignant même 90% si les piliers sont récupérés dans une deuxième phase d’extraction.

La méthode des chambres et piliers se pratique avec divers degrés de raffinement technique. On trouve, à côté d’exploitations à forte intensité de main-d’œuvre où presque toutes les étapes de la production, y compris le transport, se font manuellement (extraction au panier), des exploitations où la mécanisation est très poussée. Le charbon peut être abattu par tir à l’explosif ou par des machines d’abattage en continu. Le transport du produit se fait par véhicules ou par convoyeurs à bande. Des boulons et des cadres de bois ou de métal sont utilisés pour soutenir le toit des galeries.

Le mineur continu est une machine comportant une tête d’abattage mécanique du front et un tablier de ramassage des déblais montés sur un châssis chenillé; son poids peut varier entre 50 et 100 tonnes, selon l’usage auquel il est destiné, la puissance installée et la largeur d’abattage requise. Certains mineurs continus sont équipés d’un engin de boulonnage, de sorte que l’abattage et le soutènement sont exécutés simultanément. Le soutènement peut aussi être mis en place à la suite de l’abattage, par une machine de boulonnage.

Les chargeuses peuvent être à alimentation électrique, à accumulateurs ou à moteur diesel, les modèles diesel étant d’une plus grande souplesse d’utilisation. Ces engins, dont la capacité varie en général entre 5 et 20 tonnes, prennent les produits abattus à l’arrière du mineur continu et vont les culbuter dans la trémie de chargement du convoyeur à bande principal situé à proximité. La trémie peut être équipée d’un concasseur pour fragmenter les blocs de charbon ou de roche de trop grandes dimensions qui pourraient obstruer la trémie ou endommager une bande transporteuse.

L’évacuation des produits abattus peut aussi se faire par un convoyeur articulé monté sur chenilles, qui les transporte directement du front à la trémie. Le transport continu par convoyeurs autorise des débits plus élevés et assure une plus grande sécurité pour le personnel que le transport par véhicules; son emploi est, pour ces raisons, en voie de s’étendre au creusement des galeries dans les exploitations par longues tailles.

Les chambres sont creusées sur 6 m de largeur et, normalement, sur toute la hauteur de la veine à exploiter. Les dimensions des piliers sont déterminées par la profondeur de la veine: des piliers carrés de 15 m de côté disposés à 21 m d’entraxe conviendraient pour l’exploitation d’une veine peu puissante située à faible profondeur.

On croit généralement que l’exploitation en longues tailles est apparue au XXe siècle. Il semble qu’elle ait été pratiquée plus de 200 ans auparavant. L’innovation réside plutôt dans la mécanisation de la méthode. De manuelle, elle a commencé à être mécanisée dans les années cinquante, au point de devenir une méthode très productive et à très faible intensité de main-d’œuvre.

Le grand avantage de l’exploitation en longues tailles par rapport à la méthode des chambres et piliers est l’extraction complète du panneau en une seule phase, et la récupération d’une plus grande proportion du gisement. Par contre, cette méthode n’a pas la souplesse de la première et, comme elle impose de lourds investissements initiaux (pouvant dépasser 20 millions de dollars E.-U. dans certains cas), elle ne peut être envisagée que si les réserves exploitables sont importantes et les débouchés assurés.

Dans le passé, il n’était pas rare qu’une mine exploite plusieurs longues tailles simultanément (en Pologne, par exemple, certaines mines en comptent plus de dix). La tendance actuelle est toutefois à la concentration de la production sur des unités plus rentables, de manière à réduire les besoins en main-d’œuvre et l’envergure des travaux préparatoires.

Dans cette méthode, on provoque l’éboulement du toit en arrière-taille au fur et à mesure de la progression du front, les voies principales étant seules maintenues ouvertes par un soutènement. Le toit le long du front de taille est soutenu par des étançons hydrauliques composés de deux ou quatre éléments qui reportent une partie de la charge des terrains sus-jacents dans le massif et les piliers situés de chaque côté du panneau et empêchent l’envahissement du chantier par le foudroyage en arrière-taille. Le charbon est abattu par une haveuse électrique, équipée généralement de deux tambours (fraises) armés de pics; la machine peut pratiquer une saignée de 1,10 m de profondeur à chaque passe. Certaines haveuses comportent un bras portant une chaîne armée de pics. La haveuse se déplace le long du front de taille et charge au fur et à mesure le charbon abattu sur un convoyeur blindé, lequel est poussé contre le front après chaque passe.

A l’extrémité du front de taille, le charbon abattu est transféré sur un convoyeur à bande pour être remonté à la surface. En chantier chassant, le convoyeur doit être allongé au fur et à mesure qu’avance le front; en chantier rabattant, c’est le contraire.

Au cours des quarante dernières années, la longueur des tailles, de même que celle des panneaux (les volumes minéralisés dans lesquels avancent les tailles), a considérablement augmenté. Aux Etats-Unis, la longueur moyenne des tailles est passée de 150 m en 1980 à 227 m en 1993. En Allemagne, elle était de 270 m au milieu des années quatre-vingt-dix et l’on envisage aujourd’hui des tailles de plus de 300 m. Au Royaume-Uni comme en Pologne, les tailles atteignent couramment 300 m de longueur. La longueur des panneaux est en grande partie déterminée par les caractéristiques du terrain, notamment les failles, et par les limites de la concession, mais elle dépasse presque toujours 2,5 km dans des conditions favorables. L’exploitation de panneaux ayant jusqu’à 6,7 km de longueur est à l’étude aux Etats-Unis.

L’exploitation rabattante tend à se généraliser, bien qu’elle impose un investissement initial plus lourd, en raison de la longueur des voies à tracer pour atteindre l’extrême limite des panneaux. Lorsque les conditions le permettent, les voies sont aujourd’hui creusées en couche au moyen de mineurs continus, et le soutènement est réalisé par boulonnage. Cette technique ne peut être utilisée toutefois que si la roche encaissante possède une bonne tenue.

Les statistiques établies par le Bureau international du Travail (BIT, 1994), indiquent que le taux d’accidents mortels dans les mines de charbon varie largement d’un pays à un autre. Ces statistiques ne tiennent toutefois pas compte du niveau de développement technologique des exploitations, ni du nombre de travailleurs employés dans chacun des pays. Il est permis d’affirmer que les conditions se sont généralement améliorées dans les pays industriels.

Les catastrophes minières majeures sont devenues relativement peu fréquentes, en partie à cause des progrès réalisés dans la conception et la pratique et de la mise au point de produits incombustibles pour les travaux du fond, notamment pour les bandes de convoyeurs et les fluides hydrauliques. Néanmoins, le risque d’accidents susceptibles de faire des victimes ou de causer des dommages matériels n’est pas éliminé pour autant. Il se produit encore des explosions dues au grisou ou aux poussières de charbon, et cela en dépit d’une grande amélioration des systèmes d’aérage. Les éboulements demeurent à l’origine de la plupart des accidents graves dans toutes les mines du monde. Les feux et incendies, causés par la combustion spontanée de matériaux ou par des équipements, constituent une source particulière de danger.

Si l’on compare les deux extrêmes, à savoir les exploitations à forte intensité de main-d’œuvre et les exploitations hautement mécanisées, on peut constater une grande différence dans les taux et dans la nature des accidents qui s’y produisent. Les mineurs travaillant dans une petite exploitation non mécanisée sont plus exposés aux chutes de blocs provenant du toit ou des parements. Le risque d’exposition aux poussières et aux gaz inflammables imputable à un aérage insuffisant y est également plus élevé.

Le traçage des chambres en exploitation par chambres et piliers et celui des voies d’accès en exploitation par longues tailles nécessitent un soutènement du toit et des parements. Le type de soutènement mis en œuvre et l’espacement des éléments de soutènement dépendent de divers facteurs, dont l’épaisseur et la profondeur de la veine à exploiter et la tenue des terrains sus-jacents. Une excavation sans soutènement est l’endroit le plus dangereux d’une mine; dans la plupart des pays, la longueur qui peut être creusée en avant du soutènement est fixée de manière très stricte. La phase de dépilage, dans la méthode des chambres et piliers, présente toujours le risque de chute intempestive du toit; elle doit être ordonnancée minutieusement afin de ne pas exposer indûment les travailleurs.

Les tailles modernes très productives occupent une équipe de six à huit mineurs, de sorte que les effectifs exposés sont sensiblement réduits. Les poussières produites par les haveuses constituent l’un des principaux risques. Pour soustraire les opérateurs à ce risque, on pratique parfois l’abattage dans une direction seulement, de manière que les poussières produites soient chassées par le courant d’air du système d’aérage. La chaleur dégagée par les matériels électriques de plus en plus puissants utilisés au fond peut aussi être nocive pour les travailleurs, en particulier à de grandes profondeurs.

La vitesse d’avancement des haveuses le long du front de taille augmente également. On peut s’attendre d’ici peu à des vitesses de l’ordre de 45 m/min. Il est peu probable que les mineurs soient physiquement capables de suivre pendant toute la durée d’un poste de travail des machines travaillant par passes successives sur un front de 300 m de longueur à cette cadence. Aussi, l’accroissement de la vitesse des haveuses est une incitation majeure à une automatisation plus poussée des travaux en taille, pour lesquels les mineurs assumeraient le contrôle plutôt que la marche directe des opérations.

Le déplacement du matériel de taille d’un chantier au suivant présente des risques propres. De nouvelles méthodes ont été mises au point pour réduire le risque de chutes de blocs provenant du toit ou du front de taille pendant cette opération. Toutefois, les matériels utilisés sont extrêmement lourds (le poids d’un soutènement de taille dépasse 20 tonnes, et celui d’une haveuse est considérablement plus élevé); malgré l’emploi de transporteurs construits spécialement, le risque de se blesser en soulevant de lourdes charges ou en se faisant écraser par elles est toujours présent.