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Zitiervorschau

Professeur

Tayeb SERRADJ

Doyen Honoraire Consultant: Génie minier Économie minière Management de l’environnement

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Introduction

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Tir parfait CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Utilisation d’une technologie innovante pour aider à optimiser le tir CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Carrière de cimenterie

On distingue les artificiers qui placent leurs charges dans les trous de 18 m de profondeur Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Le calme avant le tir Petit moment hors du temps que celui qui précède le tir. L’appareil photographique est prêt, le mode rafale est activé, je sais où cela va se passer, je vois les 18 trous d’emplacement des charges. En fait, on voit surtout les dômes des forages de 18 mètres de profondeur dans lesquels les charges sont réparties. J’entends la radio qui donne l’ordre de tir, trois coups de sirène… je déclenche et… rien. Ma première rafale est partie dans le vide. Vite on se remet en place, je recompte mentalement et j’appuie. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Une photo juste avant le tir… Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Et Feu ! Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Le tir de mine, c'est parti ! Et là, le spectacle est magnifique. Comme au ralenti, dans un silence à peine croyable, je vois un pan entier de la falaise qui s’émiette dans un grand nuage de poussière et de fumée. Clic, clic, clic, les photos s’empilent dans le buffer quand enfin le bruit arrive jusqu’à nous. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Celui-là aussi est surprenant. Alors que je m’attends à avoir les tympans bien secoués (mais pourquoi ils ne m’ont pas aussi donné un casque pour les oreilles ?) c’est un tout petit bruit, au regard du morceau de falaise qui git par terre, qui parvient à mes oreilles… Encore plus étonnant, je ne ressens aucune vibration, alors que nous ne sommes qu’à quelques centaines de mètres à peine du lieu de l’explosion. Incroyable ! Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Le résultat du tir de mine Voilà, c’est fini, le rythme des tirs est actuellement d’un à deux par semaines. Dire que j’habite à moins de 500 mètres de là et que je n’ai jamais rien entendu… On fait un petit tour dans le bureau du chef de carrière pour prendre connaissance des résultats du tir, ce qui semble être la seule préoccupation de mes hôtes. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Les "résultats" : la lignePrbrisée du milieu, c'est la norme… Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Moi qui pensais naïvement que le résultat était l’amas rocheux au pied de la falaise, je découvre que le résultat se présente comme un ensemble de graphiques et de chiffres. Tout le monde est heureux, le tir est largement en dessous des normes admises en matière de vibration et de propagation. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Le concasseur de la cimenterie La suite, c’est le concasseur qui l’orchestre. Comme une bouche et des dents, le concasseur va broyer en petits morceaux des gros blocs de roche qui iront alimenter l’immense four, après avoir été finement broyés dans un broyeur vertical. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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La recette du ciment En même temps que l’on alimente le concasseur à l’aide d’immense chargeur, on ajoutera, selon la qualité de ciment recherché, telle ou telle matière de substitution (laine de roche ou oxyde de fer ou d’aluminium). Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Chargeur et camion à l'ouvrage !

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Enfin, un peu de marne ainsi que la terre de découverte est ajoutée au calcaire afin d'équilibrer le tout. On imagine bien que tous ces mélanges d’alchimistes relèvent du secret de fabrication quant au dosage et à la méthode d’emploi. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Même la terre rentre dans la composition du ciment. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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L'art de réduire une falaise Entre la foreuse qui perce les trous pour les charges, les dumpers (les gros camions), la chargeuse qui alimente le concasseur et le stockage dans le hall des matières premières, ce qui était une falaise abrupte ne sera plus qu'un amas de cailloux qui va prendre un sacré coup de chaud. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Rendez-vous à l'autre extrémité du tapis roulant.

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Le tapis roulant qui passe au dessus de la route. Pr Tayeb SERRADJ - CETIM 2015ª Introduction

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Notre objet de travail un massif rocheux, une falaise, la roche, le calcaire Roche de moyenne résistance

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La croute terrestre renferme * 95% de roche ignée, * 5% de roche sédimentaire et * une proportion insignifiante de roche métamorphique CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Roches ignées CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Roches sédimentaires CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Roches métamorphiques

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La productivité, la rentabilité et la qualité du produit final sont des questions clés où la roche solide est utilisée pour produire des granulats de roche concassée nécessaire pour des applications dans l'industrie de la construction tels que le ciment et le béton, route, chemin de fer, la construction de barrages, etc. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les nouvelles réglementations environnementales sont de plus en plus strictes en matière de sécurité, bruit, poussière et aménagement paysager.

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Les activités suivantes font partie de l'exploitation des carrières:

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Profilage laser des faces de gradins pour la conception de bordure efficace. La conception correcte de la banquette fournit la bonne quantité d'explosifs à charger dans chaque trou pour empêcher les projections de roche. Forage de trous pour le chargement d’explosif pour l’abattage et le pré-découpage. Contrôle de forage pour la vérification de la position du trou par rapport au plan de conception du forage. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Tir - fragmentation de roche abattue et jet. Contrôle de tir pour l'enregistrement des vibrations de l'air et du sol. Débitage secondaire pour réduction de la taille des gros blocs et hors gabarit pour permettre l'écoulement de matériau libre à travers le concasseur primaire et minimiser le blocage. Chargement des tas de roche par chargeuses sur pneus et pelles. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Transport de la roche abattue vers le concasseur / stocks par camion ou convoyeur à bandes. Concassage pour la réduction de la taille du matériau d'alimentation. Criblage pour le dimensionnement du matériau. Produit fini à stocker. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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La fragmentation du roc tiré affecte la durée et le coût de débitage secondaire, de chargement, de transport, de concassage et de criblage. La dimension du morceau moyen / maximum nécessaire dépend de l'ouverture du concasseur primaire. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Degré de fragmentation observée en Norvège: fragment moyen de roche abattue à l’explosif k50

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Pour une masse de roche donnée, le degré de fragmentation dépend du type et de la quantité d’explosif utilisée pour faire sauter chaque mètre cube de roche solide.

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Ceci, à son tour, affecte la quantité de forage requise pour atteindre le degré de fragmentation puisque le patron de forage, la banquette (fardeau) et l'espacement affectent la taille moyenne du fragment de roche abattue. Le forage précis diminue la quantité de hors gabarit. Avec l’augmentation de la surface du patron de forage, cela affecte la consommation d'explosifs. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Pour une taille moyenne de fragment donné, la surface du patron de forage augmente avec le diamètre du trou de forage. Toutefois, la taille maximale des fragments augmente de façon disproportionnée au diamètre du trou de forage. Le degré de fragmentation requis dépend du diamètre du trou et peut déterminer la méthode de forage. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Dans les situations où les explosifs sont difficiles ou impossibles à utiliser, ou lorsque la roche est très fracturée et / ou de faible résistance, l’utilisation des marteaux hydrauliques est une méthode viable pour la fragmentation primaire de la roche. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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À mi-chemin entre l’usine et le chantier, une carrière exploite la masse rocheuse pour produire des agrégats de classe granulométrique donnée et la matière première à broyer pour la cimenterie : ceci passe par un abattage, puis par un traitement par concassage, criblage et broyage, le matériau abattu subit alors une série de réductions et de classements granulométriques. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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L’abattage à l’explosif est aujourd’hui la technique la plus simple et la plus répandue dans les carrières de roches massives. Elle permet de fragmenter des volumes importants de roche pour la reprise et le traitement du matériel abattu.

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Tout en amont, première étape du processus, l’abattage à l’explosif constitue un élément clé de la chaîne : c’est le premier élément du processus industriel, et en particulier le premier élément de la chaîne de réduction granulométrique.

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L’abattage joue donc un rôle important sur une carrière : la maîtrise du tir va permettre de garantir la sécurité lors de l’opération, de limiter les coûts engendrés par l’opération en elle-même, de réduire les nuisances et satisfaire les contraintes règlementaires, et enfin d’obtenir une granulométrie adaptée aux installations et à ce que l’on veut faire du produit. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Cependant, les agrégats ayant une valeur unitaire faible, les marges dans l’industrie du granulat sont peu importantes. Par conséquent, les carriers ont souvent tendance à se concentrer sur l’aval du processus industriel, le produit fini, et peu sur l’amont,

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et les études techniques en recherche et développement dans le domaine de l’abattage souffrent quelque peu d’un manque de visibilité et d’enthousiasme quant à la mise en pratique chez les exploitants.

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Il existe toutefois différentes méthodes et divers outils qui permettent de mieux maîtriser l’abattage, pour améliorer son résultat.

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Point central du processus minier, l’abattage à l’explosif est un procédé technique incontournable pour détacher et réduire les roches d’un massif en place lorsque leur résistance est trop élevée pour permettre une excavation mécanique rentable.

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Les activités de foration/minage dans une exploitation minière sont à la fois un centre de coût et un levier de performance pour l’ensemble du cycle extractif; trouver le bon équilibre entre le premier et le second point reste aujourd’hui un point délicat.

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Optimiser un tir de production minière se résume à la recherche de trois objectifs principaux suivants: - quantité de roche abattue maximale; - tailles de fragments obtenus optimales vis-à-vis de leurs utilisations future;

- impacts environnementaux minimaux.

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Si le contrôle de la quantité de roche produite par les tirs est un aspect relativement élémentaire pour l’exploitant, la maîtrise de la fragmentation des produits abattus est en revanche beaucoup plus délicate. Déterminer la distribution granulométrique qui rendrait le cycle d’extraction et de valorisation économiquement optimal est en particulier une question complexe, qui nécessite une prise en compte complète du cycle minier; CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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De nombreuses études expérimentales réalisées par le passé ont en effet démontré une influence de la qualité des résultats de tir sur l’efficacité de chacun des procédés aval associés.

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En principe, la maîtrise des impacts environnementaux n’est pas une difficulté, pourvu que le processus soit étroitement suivi et contrôlé; l’environnement peut par ailleurs imposer des restrictions supplémentaires d’ordre purement techniques.

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Par conséquent, dans le cadre de ses activités extractives quotidiennes, l’industriel minier a à sa disposition une flotte d’engins et des produits explosifs ne pouvant être facilement modifiés, et doit se plier dans une large mesure aux caprices de la structure géologique qu’il exploite. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Il a en pratique: * un contrôle total, quotidien et immédiat sur les paramètres théoriques de la maille de foration, la séquence d’amorçage théorique et le plan de chargement théorique des trous forés;

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* Un contrôle restreint et inertiel sur la consommation spécifique et le métrage linéaire par tonne mensuels, le type d’explosif et la technologie d’amorçage, la précision de la foration réalisée par rapport au théorique, l’orientation relative des plans de discontinuités majeurs dans les gradins et la géométrie réelle du front de gradin avant tir; CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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* Un contrôle nul sur les paramètres mécaniques de la roche abattue et la densité de fracturation de la matrice rocheuse.

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En combinant les connaissances pratiques et les outils prédictifs empiriques existants, l’exploitant peut d’ores et déjà guider son choix de départ en termes d’équipement et de plan de tir théorique. Ces techniques atteignent cependant leurs limites à partir du moment où la réalité quotidienne du processus intervient. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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S’il est possible dans une certaine mesure de prédire l’influence d’un changement radical des paramètres d’abattage théoriques à l’aide des outils existants, la prise en compte des imperfections locales du gradin et de la foration effectuée est en revanche impossible en l’état de l’art. Par ailleurs, au cours des dernières décennies, les techniques et équipements de mesure rendant possible la documentation géométrique et macrostructurale des gradins se sont développés de manière significative, ce qui facilite le suivi des paramètres réels dans le processus. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Un outil prédictif offrant à l’exploitant la possibilité de tirer parti de cette réalité doit pouvoir tenir compte de dyssimétries dans les plans de tir, ce que l’utilisation de paramètres constants à l’échelle du plan de tir ne permet pas a priori.

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Les paramètres pertinents sont à priori fonction principalement de la quantité d’énergie explosive fournie par trou, des propriétés mécaniques et structurales du massif, des caractéristiques géométriques réelles, et du voisinage du volume arraché (surface libre, massif intact, charges voisines amorcées simultanément, à un instant antérieur ou ultérieur). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Etat de l’art de la fragmentation à l’explosif CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Conséquences des résultats du tir Retombées technico-économiques l’abattage à l’explosif est un sous-procédé du cycle extractif minier. Son produit, la roche abattue, connait ensuite plusieurs étapes de manipulation, typiquement par des pelles ou des chargeuses sur pneus. La qualité du dégagement de la roche, à travers la forme du tas abattu, influence de manière significative la productivité du chargement en fonction du type d’engin utilisé. La figure 1 montre la forme optimale d’un tas abattu pour deux types d’engins (chargeuse et pelle en butte). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 1: Formes de tas idéales pour chargeuse à pneus et pelle en butte CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Le taux de remplissage des godets de chargeuses est amélioré lorsque le degré de fragmentation du produit abattu augmente. Plus généralement, les performances et rendements horaires des cycles de chargement/transport sont affectées dans leur globalité par la qualité de la fragmentation après le tir.

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Si la qualité de la fragmentation est particulièrement faible et que des blocs hors gabarit sont présents dans le tas, une phase de traitement secondaire est nécessaire; souvent, les blocs doivent être forés et pétardés. L’exploitant veut éviter autant que possible cette opération extrêmement improductive et donc coûteuse. La figure 2 montre un tas abattu où un bloc hors gabarit est présent. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 2a: Tas abattu mal fragmenté, hauteur de gradin 18 m.

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Figure 2b: Bloc hors gabarit

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Il arrive dans de rares circonstances qu’un échec technique global du tir crée une situation particulièrement délicate à traiter, comme c’est le cas pour les figures 3, 14 et 8. ces situations dégradées résultent en général d’une erreur de conception, d’un accident technique ou d’un paramètre géostructural non pris en compte car non observé. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Elles ne peuvent donc pas être considérées comme représentatives d’un procédé d’abattage correct. Les ratés de tir et leurs effets sont également disqualifiés pour les études de la fragmentation. Minimiser la fréquence de ces incidents techniques n’en est pas moins un levier de performance pour l’exploitation. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 3: Ensemble de roche en place après un tir mal réussi

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Lorsque le pied d’un tir n’est pas maitrisé, les irrégularités de plate-forme résultantes (creux et bosses) peuvent être problématique au point d’imposer un nivellement/rippage par bulldozer. Ceci crée parfois des coûts supplémentaires et une dégradation de la qualité de la plate-forme pour l’exploitation future du gradin inférieur, qui impactera l’efficacité et la précision de la foration. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les produits abattus valorisables sont ensuite acheminés vers un circuit de comminution comportant généralement une phase de concassage puis une phase de broyage. Lorsque la qualité de la fragmentation obtenue après abattage augmente, le débit du circuit de concassage est amélioré. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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La quantité d’explosif apportée et sa force jouent également sur la microfragmentation, à savoir la création de micro-fissures au sein des fragments abattus; les micro-fissures facilitent le broyage des roches concassées. Plusieurs études expérimentales assurent que le rendement du broyage est amélioré lorsque la consommation spécifique des tirs est accrue. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Gonflement

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Tous les aspects évoqués dénotent clairement qu’une bonne stratégie d’optimisation des coûts opératoires nécessite une amélioration technicoéconomique globale du cycle minier, par opposition à une approche d’évaluation activité par activité.

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Ce type d’approche global dénommé Mine-to-Mill a été particulièrement développé au cours des deux dernières décennies. L’importance d’une vision globale avait déjà été prise en compte est soulignée par McKenzi. La figure 4 présente en résumé la tendance d’évolution des coûts miniers avec le degré de fragmentation obtenu dans les tirs, et met en évidence l’existence d’optimum économique. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 1 - Effet du degré de fragmentation sur les coûts de fonctionnement de l'unité individuelle et le coût global (Mackenzie, 1967)

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Evolution des coûts unitaires individuels des process du cycle minier en fonction du degré de fragmentation obtenu dans les tirs

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Figure 3: L'évaluation des performances du tir en utilisant le coût total de l'exploitation minière comme critère. (Modified from Hunter et al 1990)

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Retombées environnementales vibrations Entre 3 et 12% de l’énergie explosive relâchée lors de la détonation sont perdus au sein de la masse rocheuse sous forme d’ondes sismiques. L’énergie sismique dégagée dans les tirs à l’explosif à ciel ouvert se propage dans le massif environnant sous forme d’onde de volume et de surface. Si elle est négligée, elle peut être néfaste aux structures situées aux proches alentours du tir. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les ondes de volume (ondes P, de compression, et ondes S, de cisaillement), qui pourraient inquiéter les structures souterraines à proximité, posent rarement de problèmes en pratique. Les ondes de surface (ondes de Rayleigh et de Love) peuvent pour leur part endommager les bâtiments et incommoder les riverains. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

166

La maîtrise de la sismicité produite par les tirs se résument donc essentiellement à limiter ce dernier type d’effet indésirable. Les ondes à basse fréquence sont les plus néfastes, étant à la fois plus nocives pour les infrastructures de surface et plus facilement ressenties par l’être humain.

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Surpression aérienne et nuisances associées En ciel ouvert, lorsque les gaz d’explosion se détendent dans la masse d’air ambiante, une onde de surpression acoustique est générée, avec du bruit associé. L’exposition à une surpression aérienne trop élevée peut causer des dommages auditifs, et peut endommager notamment les fenêtres des bâtiments environnants. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Projections excessives A cause de la pression des gaz d’explosion, outre les effets de surpression aériennes précédemment cités, des fragments de roche peuvent être projetés au niveau de la zone de bourrage (verticalement) ou dans la direction du tir (horizontalement). Pour cette raison, un périmètre de sécurité est défini autour du tir, évacué et contrôlé par le boutefeu en chef avant la mise à feu, afin de protéger les personnes et les équipements. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Parmi les facteurs pouvant favoriser cet effet secondaire néfaste, on peut citer notamment: * une banquette trop faible * une banquette trop forte favorisant l’éjection vertical des roches dans la zone de bourrage * des trous de mine anormalement convergents à proximité du front * la présence d’une zone de résistance particulièrement faible au niveau du front CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

170

Paramètres influençant les résultats d’abattage Matrice rocheuse abattue Propriétés structurales Les caractéristiques géologiques de la matrice rocheuse abattue représentent le facteur d’influence à la fois le plus important et le moins contrôlable dans les tirs à l’explosif. La figure 5 illustre deux conditions radicalement différentes de structure pour la masse rocheuse à abattre. Les plans de discontinuités arrêtent la propagation de fractures dans la roche; CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

171

la microstructure de la roche abattue et les imperfections naturelles influencent et compliquent le processus de fracturation dynamique (création de fractures multiples et bifurcation des fractures individuelles).

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172

Figure 5a: Différentes conditions de fracturation in-situ

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Figure 5b: Différentes conditions de fracturation in-situ

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Le pire scénario de macrostructure imaginable pour un tir à l’explosif est un horizon conglomératique dont le ciment est peu compétent, et dont les blocs ont à l’inverse une résistance aux sollicitations mécaniques élevée. Dans ce cas, la réduction de taille des blocs insitu par le biais des tirs est quasiment impossible à un coût raisonnable, puisque seuls les blocs intersectés par des trous de mines pourront être fragmentés (Figure 6). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 6: Abattage de conglomérats à blocs massifs

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Dans des conditions où la fréquence spatiale d’un ou plusieurs jeux de discontinuités est importante, il est préférable de tirer les gradins avec un diamètre de trou réduit; ceci permet une maille de foration plus serrée à consommation spécifique équivalente.

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Notions sur les explosifs et critères de leur sélection

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Les explosifs sont des substances dangereuses ; des composés définis ou des mélanges de corps solides ou liquides susceptibles par une décomposition chimique de libérer leur énergie potentielle à un temps très court.

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179

Cette libération d’énergie est généralement accompagnée du dégagement d’un important volume gazeux à une certaine vitesse (déplacement d’une onde de choc de 2000 à 8000 m/s) ; porté dès lors à une température élevée et le milieu ambiant est soumis à une pression brutale ; accompagnée de bruit et d'effets mécaniques violents. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

180

Le tir est un processus physico-chimique et mécanique initiant le déclenchement d’un explosif contenu dans un trou de mine dans le but de fragmenter la roche et de l’étaler afin qu’elle soit convenablement chargée, transportée, déposée ou concassée , pour des fins d’une exploitation minière. C’est aussi l’action de créer des ondes sismiques pour des fins de reconnaissances géologiques CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

181

Types d’explosifs utilisés dans les mines

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Deux grandes catégories d’explosifs sont utilisés dans les mines : les explosifs primaires (ou idéales) et les explosifs secondaires (ou non idéales).

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Les explosifs primaires ou d’amorçages prennent spontanément leur régime de détonation par simple échauffement, ou sollicitation mécanique de faible énergie (choc, friction, claquage diélectrique). Ce sont des explosifs plus sensibles avec des caractéristiques physiques changeant rarement comme le styphanate de plomb, l’azoture de plomb, les TNT, les nitroglycérines, les pentrites.

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Les explosifs secondaires ne peuvent être amorcés dans les conditions normales d’emploi que par l’onde de choc généralement fournie par un explosif primaire. Leurs caractéristiques physiques changent en fonction de la température, du degré de confinement, du diamètre du trou. Ce sont les explosifs nitratés, les nitrate-fiouls ou Anfomil, les gels, les émulsions. En dépit de ces produits explosifs, il existe d’autres produits spéciaux d’utilisation particulière comme les produits de découpage et les boosters. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

185

Systèmes d’amorçage des explosifs

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186

Dans la pratique pour provoquer la détonation d’un explosif, il faut créer en son contact une onde explosive qu’on obtient à l’aide d’artifices appropriés comme : Les détonateurs pyrotechniques (avec mèche lente) ;

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187

Les détonateurs à Tube Conducteur d’Onde de Choc (TCOC ou détonateur non-électrique NONEL) ; Les détonateurs électriques (instantanés, à retard ordinaire ou à micro retard ; à basse, moyenne et haute intensité ; à tiges renforcées pour amorçage au fond de trou) ; Les cordeaux détonants (avec ou sans relais de détonation) ; Les détonateurs électroniques. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les émulsions présentent l’avantage d’être très sûres d’emploi (sensibilité au choc réduite). Elles nécessitent un contrôle qualitatif (mesure de densité, contrôle de la gazéification, voire de la VOD) et quantitatif (contrôle des quantités mises dans le trou, vérification de la montée des charges). Cependant, la qualité de l’amorçage est prépondérante pour ces explosifs. Leurs principaux soucis peuvent venir : De l’eau dans le trou qui peut modifier les configurations du chargement; Des discontinuités qui peuvent piéger l’explosif. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Caractéristiques techniques des produits explosifs Les caractéristiques des explosifs sont obtenues par calculs mathématiques ou par des mesures sur site ou au laboratoire. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

190

Densité On distingue la densité d’encartouchée (donnée par le fabricant) et la densité de chargement. Cette dernière est la quantité d’explosif contenue dans un mètre de trou. Elle est donnée par la relation : , Kg/m (2.1) Où : Ld: densité de chargement ou charge linéaire, Kg/m de : densité de l’explosif, g/cm3 D : diamètre du trou, mm. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

191

Tableau 2.1 : densités de quelques explosifs fréquemment utilisés

Types d’explosif

Valeurs de la densité

ANFO

0,8 – 1,1 g/cm3

Water gels

1,2 – 1,4 g/cm3

Emulsions

1,1 – 1,3 g/cm3

Semi-gélatineux et gélatineux

1,0 – 1,6 g/cm3

NG-based explosives

1,3 – 1,6 g/cm3

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192

Vitesse de détonation (VOD) C’est le temps que met l’onde de détonation à parcourir une distance connue. Cette mesure est susceptible de varier en fonction du diamètre d’utilisation, de la densité, de la température, du confinement, de l’amorçage utilisé et du vieillissement du produit. Les vitesses varient de 3000 m/s pour les nitrate-fiouls en petit diamètre à 6500 m/s pour les dynamites. Dans la pratique on souhaite avoir une vitesse de détonation de l’explosif supérieure à celle de référence de la roche pour avoir une bonne fragmentation. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

193

Energie Il existe deux types de mesure ; celle dite au TMB (Tir au Mortier Balistique) et celle du tir en piscine. On distingue l’énergie de choc (énergie libérée par le pic de pression générée par la détonation d’une charge explosive placée en immersion) ; et l’énergie de gaz (énergie libérée par la première pseudo-période de la bulle de gaz générée par la détonation de la charge placée en immersion). L’énergie totale est la somme des deux précédentes énergies. Elle varie de 2,5 à 5 MJ/kg d’explosif. Elle est exprimée de plusieurs manières. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

194

Energie par unité de masse (ou Absolute Weight Strength, AWS) : c’est l’énergie calorifique théorique maximale de l’explosif basée sur ses ingrédients. Elle est déterminée par référence à la valeur d’AWS de l’explosif Anfomil (de densité 0,82g/cm3) qui est égale à 3730j/g.

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195

Energie relative par unité de masse (ou Relative Weight Strength, RWS) : c’est l’AWS de l’explosif considéré par rapport à celle d’ANFO. Elle est définie comme étant le rapport d’AWS de l’explosif considéré sur l’AWS d’ANFO (3730j/g). Elle est exprimée en pourcentage.

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196

Où : AWSe : AWS de l’explosif utilisé, J/g AWSanfo : AWS de l’Anfomil de densité 0,82 g/cm3 (qui est égale à 3730J/g)

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197

Energie par unité de volume (ou Absolute Bulk Strength, ABS) : est le produit d’AWS de l’explosif par sa densité. Où : ABSe : ABS de l’explosif, j/cm3 de : densité de l’explosif, g/cm3

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Energie relative par unité de volume (ou Relative Bulk Strength, RBS) : est égale au rapport d’ABS de l’explosif par l’ABS d’ANFO.

Où : RBSe : RBS de l’explosif, % ABSe : ABS de l’explosif, j/cm3 ABSanfo : ABS de l’explosif Anfomil (3059 j/cm3), j/cm3

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Certains fabricants ne donnent pas l’AWS de l’explosif. Pour le calculer on s’aide de la formule suivante : Où : de : densité de l’explosif, g/cm3

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200

facteur d’énergie (EF) : c’est l’énergie de l’explosif par m3 où par tonne de roches. Il est égal au produit de son AWS par la charge spécifique d’explosif utilisé (en g/t où g/m3). ; J/tonne, où J/m3 Ce facteur d’énergie est un meilleur indice pour comparer la performance relative de divers explosifs dans différents types de roches. Il est généralement compris entre 500÷1400 KJ/tonne avec une moyenne de 800 KJ/tonne pour des conceptions initiales de tir. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

201

Caractéristiques calculées

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202

Pression de détonation Elle est calculée à partir de la densité de l’explosif et de sa vitesse de détonation. Elle varie de 6 à 20 Gpa. Elle est donnée par la formule : Où : de : densité de l’explosif, g/cm3 VOD : vitesse de détonation de l’explosif en m/s La pression sur la paroi du trou est sensiblement égale à la moitié de la pression de détonation de l’explosif CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Balance d’oxygène ou bilan d’oxygène Il s’agit d’une valeur calculée à partir de la composition de l’explosif en supposant des réactions complètes produisant du gaz carbonique, de la vapeur d’eau et de l’azote. Il est exprimé en grammes d’oxygène pour 100 grammes d’explosif. En principe, un explosif équilibré en oxygène produit moins de gaz toxique. Les explosifs sousoxygénés (bilan négatif) dégagent d’avantage d’oxyde de carbone. La sur- oxygénation (bilan positif) crée d’avantage de vapeurs nitreuses. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

204

Critères de sélection des explosifs selon les caractéristiques de la masse rocheuse Le choix du type d'explosif a une influence significative sur les résultats du tir. Selon Jimeno (1995), les critères de sélection des explosifs dépendent de la nature des roches qui sont classifiées en quatre groupes : roches massives et dures, roches fortement fissurées, roches fissurées en blocs et les roches poreuses CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

205

Roches massives et dures Ces roches contiennent peu de fissures et de plans de faiblesse. Elles exigent de l’explosif une forte énergie de tension et une grande vitesse de détonation ; donc une grande densité comme les émulsions et les explosifs gélatineux. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

206

Roches très fissurées Ces genres de roches ont besoin de beaucoup d’énergie de gaz pour achever la fragmentation par rapport à l’énergie de tension. L’onde de choc, en arrivant à la surface de contact des fissures sera interrompue. C’est pourquoi les explosifs de faible densité comme l’ANFO sont d’intérêt. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Roches fissurées en blocs Sont caractérisées par un grand espacement entre les discontinuités qui forment des blocs insitu volumineux. La fragmentation est régie principalement par la géométrie de la maille de tir et moins sur les propriétés de l'explosif. Dans ce cas, des explosifs avec un rapport équilibré d'ET/EB (énergie de tension/énergie de gaz) sont recommandés, comme les ANFO lourds (mélange d’ANFO et d’émulsions dans des proportions variables) CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Roches poreuses Dans ces roches, un grand effet d'amortisseur et absorption d'énergie de tension est produit. L’énergie de gaz effectue presque toute la tâche de rupture. Indépendamment du choix des explosifs appropriés, qui seraient ceux avec la faible densité et la faible vitesse de détonation, telle que l'ANFO ; CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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les mesures suivantes doivent être prises pour maintenir les gaz dans les trous aussi longtemps que possible : Contrôle de la hauteur et du matériel de bourrage ; Dimensionnement correct de la distance entre les trous ; Amorçage au fond du trou ; Réduction de la pression de découplage par apport des matériaux inertes. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Mécanisme de fragmentation des roches à l’explosif

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211

L’explosion d’un trou chargé d’explosif engendre simultanément une succession rapide d’une série de phénomènes autour de ce trou. En général, trois zones se forment successivement autour de la charge : la zone de broyage, la zone de formation des fissures et la zone de déformation élastique. Lors de la détonation, l’explosif agit en deux phases : CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

212

Phase A : correspondant à la fracturation du massif par l’onde de choc ; Phase B : correspondant à l’étalement du massif déjà fracturé par l’expansion des gaz. Pour bien illustrer le phénomène de fragmentation dans le cas pratique ; deux grandes théories ont été développées à savoir : la théorie des fissures radiales et la théorie de l’onde de choc CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Théorie des fissures radiales Les implications pratiques de l’explosif dans le massif pour la fragmentation des roches ont été d’écrites par Roberts et Wells (1954). Ils expliquent que lors de la détonation, des ondes se propagent, des fissures radiales se développent autour des trous de mine sous l’action de la pression des gaz. Les fissures s’étendent à une distance d’environ 0,38 fois le fardeau à partir de l’axe du trou. Lorsque les ondes arrivent à la surface libre du gradin (figure 2.1.a) ; elles se réfléchissent. L’onde réfléchie et les fissures radiales se rencontrent en un point X de l’axe du trou (figure 2.1, b) suivant la relation: CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Ce qui implique : B : le fardeau, m C : vélocité des fissures, m/s.

Figure 2.1 : schéma représentatif de l’interaction de l’onde sphérique avec le système de fissures radiales ; modifié par Roberts et Welles (1954). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

215

Cependant, les fissures en se déplaçant dans cette direction suivant un certain angle Ø (vers la surface libre du gradin) sont arrêtées ou ralenties en ce point X par l’onde réfléchie. Leur rencontre entraine l’élargissement des fissures préalablement formées (Roberts et Wells, 1954). La longueur d’élargissement ‘e’ dépend de la vélocité et de l’orientation des fissures ; donc de la direction du tir. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

216

Figure 2.2 : géométrie favorable de l’extension des fissures vers la face libre du gradin d’après Roberts et Wells (1954). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 2.3 : a) incidence de l’onde réfléchie à la rencontre des fissures ; b) la région affectée par la formation des fissures ; c) développement théorique de la formation du carter pour un seul trou d’après Roberts et Wells (1954). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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En observant ces figures, il ressort que la zone de fragmentation pour un trou proche du talus est donnée par le triangle d’angles théoriques Ø et δ définis par :

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Théorie de l’onde de choc La théorie de l’onde de choc dans la fragmentation des roches a été proposée par différents chercheurs. Dans la plupart de ces théories, la roche a besoin d’au moins d’une surface libre pour être bien fragmentée ; à cause du besoin de réflexion de l’onde. C’est dans ce cadre que le Bureau of Mines des USA a conduit une série d’investigations sur le carter d’explosion afin de confirmer la théorie de l’onde de choc. Atchison et Duvall (1957) ont étudiés la relation qui existe entre la contrainte radiale et l’énergie concentrée dans une colonne d’explosif. Leurs résultats ont été exprimés dans l’équation ci-dessous: CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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La prédiction et l’observation de la zone de fragmentation autour d’un trou de mine lorsqu’un explosif détone ont des effets significatifs dans l’ingénierie du tir. Le rayon de la zone de fragmentation formée lors de la détonation d’une charge cylindrique est le plus important paramètre de base dans le développement scientifique de conception de la maille de tir. Le processus mis en place autour de la charge est très complexe qu’une description mathématique complète est impossible (Hustrulid, 1999). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Effets des discontinuités sur la fragmentation

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En général, les massifs de roches dures et midures sont constitués de différents types de roches divisées en blocs naturels par des systèmes de fissures (discontinuités). Les discontinuités les plus couramment rencontrées dans les mines sont : Les joints ; Les plans de stratification ; Les foliations ; Les failles.

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Si de telles structures (joints en particulier) sont présentes dans la mine ; comme montrées sur la figure 2.4, la conception du tir devient plus complexe par la réduction des rayons d’influence des trous de mine lors de leurs détonations. Les gaz à haute pression qui doivent achever la bonne fragmentation seront court-circuités et s’échapperont par ces joints. Par conséquent, nous aurons beaucoup moins d’énergie pour fracturer la roche intacte. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

239

Figure 2.4: système de joints autour d’un trou de mine détonant

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240

La figure 2.5 montre deux modèles de forages potentiels dans la roche fissurée. Les trous de petit diamètre (ou une maille resserrée) fragmentent presque un bloc par trou explosé. On peut s'attendre à une bonne fragmentation. Par contre, les trous de grand diamètre (ou une maille large) explosent un grand nombre de blocs substantiels en grande partie isolés de l'effet de l'explosion par les joints. On aura sûrement une mauvaise fragmentation. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

241

Figure 2.5 : modèles de maille de tir dans les roches fissurées Le modèle (a) aurait associé des coûts de forage et de tir plus élevés que le modèle (b). En assignant le coût au degré de fragmentation, un modèle optimal peut être déterminé.

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242

La conclusion normale serait de forer tant que possible dans les roches présentant des discontinuités des trous de petits diamètres (ou de resserrer la maille de forage) pour mieux distribuer l’énergie explosive et obtenir une bonne fragmentation. Malheureusement les considérations économiques prouvent le contraire ; car un trou de grand diamètre est moins cher à forer qu’un trou de petit diamètre (sur la base de coûts par volume de roches abattues). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

243

Disposition de la carrière

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251

La direction du tir par rapport à l’orientation des structures principales (pendage et direction de pendage des joints) peut de même avoir un effet significatif sur les résultats du tir. Il y a trois cas à considérer d’après (Burkle, 1979) :

Tir avec le pendage ; Tir contre le pendage ; Tir le long de la direction de pendage (Strike).

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252

Figure 2.6 : orientation de la direction du tir par rapport à l’orientation des fissures principales CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

253

Dans le tir avec le pendage on trouve : Une tendance d'obtenir plus de coupure arrière ; Moins de problèmes de pied ; Une plate forme nette ; Un profil de tas bien étalé.

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254

En tirant contre le pendage on trouve : Moins de coupure arrière puisque les strates plongent dans le mûr ; Le pied est plus difficile à tirer (exige beaucoup de sous-forage) ; Un état plus approximatif du talus de gradin et de la plate forme ; Un tas de roches moins étalé.

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255

Une maille de foration trop lâche dans ce type de situation peut conduire à des portions entières du gradin peu ou non fragmentées (Figure 7).

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256

Figure 7: Deux mailles de foration différentes confrontées à un même réseau de discontinuités

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257

En contexte industriel standard, il est impossible d’obtenir une description structurale complète de la masse rocheuse abattue. En revanche, il est possible d’enregistrer des informations de surface limitées, par exemple: * intersection de plans de discontinuités avec le front du gradin ou la plate-forme supérieure; * imagerie de parois de trous forés.

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258

Discontinuités stratigraphiques et plans de fracturation

La présence d’une discontinuité peu remplie ou à remplissage peu résistant peut causer un échappement des gaz d’explosion et perturber la mise en mouvement de la roche abattue (figure 8).

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259

Figure 8a: Partie inférieure d’un gradin non arraché en raison de la présence d’un joint subhorizontal

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260

Figure 8b: Partie inférieure d’un gradin non arraché en raison de la présence d’un joint subhorizontal

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261

De manière plus général, l’orientation des jeux de discontinuités par rapport à l’orientation du gradin et des charges a une influence à la fois sur la portée et sur les formes d’arrachement observées après tir dans les plans horizontal (figure 9) et vertical (figure 10).

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262

Figure 8: Formes d’arrachement produites en fonction de l’orientation des plans de discontinuité dans le massif (vue en plan)

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263

Figure 9: Formes d’arrachement produites en fonction de l’orientation des plans de discontinuité dans le massif (vue en coupe)

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264

Propriétés mécaniques La fragmentation par l’explosif étant par nature un processus d’endommagement, les propriétés mécaniques des roches abattues, et notamment leur résistance à la rupture, jouent un rôle majeur dans les résultats du tir. Il est généralement admis que les modes de rupture intervenant dans le processus sont multiples: compression, traction, cisaillement. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

265

Des tests en laboratoire et in-situ sur différentes roches montrent que le pourcentage de fines obtenu après tir augmente avec la résistance en traction de la roche intacte. Plus généralement, les propriétés granulométriques des roches fragmentées semblent étroitement liées à la nature de celle-ci, et un produit soumis à une séquence de comminution optimale ne voit pas sa courbe granulométrique évoluer au cours du procédé. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

266

La fragmentation par l’explosif est un évènement dynamique ultra-rapide (vitesse de déformation de l’ordre de 1 à 100/s, et que les matériaux résistent mieux aux contraintes appliquées dans ce domaine de vitesses par rapport au cas de chargement statique.

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267

Type d’explosif et propriétés énergétiques Parmi les explosifs civils, plusieurs sous familles existent. Elles se distinguent les unes des autres par la formulation chimique du composé explosif et par sa structure, et sont e, général classées selon leur rapidité de décomposition (vitesse de détonation). De la nature et la rapidité de leur décomposition dépendent la puissance de l’explosion et l’énergie totale libérée lors de la réaction. Un diagramme des principaux types de composés explosifs fabriqués dans le monde est présenté dans la figure 11. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

268

Principaux types d’explosifs regroupés en familles

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269

Les explosifs libèrent de l’énergie lors de la détonation sous la forme d’une onde de choc, d’une part, et de gaz d’explosion fortement pressurisés, d’autre part; c’est pourquoi les énergies de choc et de gaz sont distinguées dans l’évaluation des propriétés des composés explosifs. L’énergie ainsi produite est consommée dans différents mécanismes, dont la fragmentation du massif qui nous intéresse. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

270

Couplage explosif/roche Les ondes de choc mécaniques sont transmises au massif rocheux au niveau de la paroi des trous de mine par la production et l’expansion soudaine des gaz d’explosion à très haute pression. La pression d’explosion d’une charge explosive est estimée au moyen de la relation suivante:

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271

Pd est la pression de détonation de l’explosif (fournie par les fabricants d’explosif sur les fiches de produit) et provient de la théorie de la détonation selon Chapmann-Jouguet:

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272

En pratique, le pic de pression de gaz réellement appliqué à la paroi est différent de Pe à cause des imperfection de couplage entre la charge et le trou de mine. Dans le cas d’explosifs encartouchés, le diamètre de la charge explosive est nécessairement plus petit que le diamètre du trou pour permettre la descente de la cartouche au fond du trou. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

273

Si r1 est le rayon de la cartouche d’explosif, et r2 le rayon du trou, et en supposant que les gaz d’explosion se détendent à l’intérieur du trou selon un processus isentropique

alors la pression des gaz après détonation P1 et la pression des gaz après détente et occupation du volume entier du trou P2 sont liées par la relation suivante:

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274

Dans ces conditions, la pression des gaz est donc diminuée de moitié alors que r2 n’est que d’un quart supérieur à r1 . Les mécanismes d’interaction entre gaz d’explosion et roche à la paroi du trou sont beaucoup plus complexes.

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275

Diamètre de foration Tirer avec un diamètre de foration réduit permet une meilleure répartition de l’énergie explosive fournie au sein du massif, et permet de déjouer les difficultés techniques posées par des réseaux de discontinuité resserrés. Ces avantages sont obtenus au détriment des coûts de foration CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

276

D’autre part, le diamètre des charges explosives influence leur vitesse de détonation; notamment, les performances en détonation du nitrate-fuel diminuent significativement pour les diamètres inférieurs à 40 mm.

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277

Géométrie du plan de tir et du chargement Pour abattre la roche, les trous de mine sont disposés en plusieurs lignes selon une géométrie théoriquement définie, dictée majoritairement par le diamètre de foration utilisé. L’épaisseur de roche entre lignes, appelée banquette, doit être proportionnelle au diamètre du trou (Ash).

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278

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290

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291

Effets des déviations du forage sur la fragmentation Les résultats d'un minage sont beaucoup plus influencés par la qualité des forages destinés à être chargés en explosifs. La mauvaise qualité du forage se traduit le plus souvent par des déviations en plan ou en profondeur. Elles ont pour conséquences des projections de roches, l’obtention de gros blocs, des vibrations. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

292

Leurs causes sont multiples et peuvent concerner le matériel de forage, le foreur ou le massif rocheux. On n’admet généralement qu'une déviation de l'ordre de 2 à 3 % est tolérable. Il n'est cependant pas exceptionnel de voir sur chantier des déviations de 5 à 10 % ; voire même plus.

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293

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294

Les trous sont déviés lors de leurs implantations, et/ou lors de leur forage. Ce qui a pour effet un élargissement, un écartement ou un rétrécissement de la maille de tir par rapport à sa valeur initialement conçue. Ce qui aura pour conséquence une sous-estimation ou une surestimation de la charge spécifique d’explosif qui joue un rôle important dans la fragmentation des roches et dans la prédiction de la granulométrie. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

295

Sur les figures ci-dessous données par Lownds (1976) ; un cercle de fragmentation doit se former lors de la détonation d’un trou de mine dans une maille carrée (théorie de la fragmentation). La partie hachurée sur ces figures correspond à des endroits non fragmentés après le tir.

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296

Figure 2.12 : schéma montrant les endroits non fragmentés dans la roche, sans et avec déviation du fardeau

Nous constatons sur la figure 2.12.A une uniformité des parties non fragmentées à dimensions équilibrées ; tel n’est pas le cas sur la figure 2.12.B où nous constatons l’apparition de quelques gros blocs irrégulièrement repartis à cause de la déviation du fardeau. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

297

Ce qu’il faut retenir de ces figures c’est que les déviations dégradent l’uniformité de la fragmentation. Ils peuvent causer des gros blocs, des fronts mal taillés, des projections, des pieds de gradin. Les conséquences des déviations du forage dépend du type de maille utilisé (carrée ou en quinconce) ; du diamètre du trou ; de la quantité d’explosif, du degré de rapprochement des trous, de la qualification du foreur. L’expérience montre que les mailles de tir disposées en quinconces contrôlent mieux les déviations. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

298

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299

Cependant, différentes précautions et appareils correspondants le plus souvent au simple respect des règles de l'art des mines peuvent améliorer la qualité du forage. Outre le système topographique classique, il est possible d'utiliser un théodolite électronique couplé à un télémètre à infrarouge ou à laser ; ou un GPS. Les moyens et techniques modernes permettent de réaliser un forage de qualité ou de reconnaître les causes des déviations afin d'y apporter les remèdes nécessaires. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

300

Ce sont au niveau de : L’orientation du forage Différents systèmes installés directement sur l'engin de forage permettent de respecter l'angle de forage en direction qu’en pendage. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

301

L’enregistrement des paramètres du forage Plusieurs systèmes modernes permettent d'enregistrer jusqu'à 8 paramètres durant le forage (taux de pénétration du taillant, vitesse de rotation, pression axiale) ; en fonction de l’avancement de la tige. Cette pratique est appelée Measurements-WhileDrilling (MWD) où système de mesure durant le forage. L'analyse des causes des déviations peut alors conduire à modifier les conditions de forage. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

302

Dans tous les cas, la réalisation d'un forage précis suppose un matériel de qualité, une bonne connaissance du massif rocheux ainsi qu'une formation et une qualification élevée du personnel affecté au forage. Si, sur les deux premiers points des améliorations importantes ont été faites au cours des dernières années, un effort certain reste à faire pour améliorer la formation des foreurs dans les pays en voie de développement. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

303

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304

Ash (1973) a démontré qu’en présence d’un système de joints, les trous du long de la ligne du fardeau doivent être disposés perpendiculairement au système de joint dominant pour avoir une bonne fragmentation (le tir s’effectuera donc perpendiculairement au système de joints). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

305

Da Gama (1983) a démontré que moins d’énergie est requise pour fragmenter une roche fissurée par rapport à une roche massive. Il a utilisé la troisième loi de la comminution de Bond (1952) pour estimer cette réduction d’énergie.

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306

Harries (1983) trouva que toute augmentation de l’espacement moyen entre les joints et/ou plan de stratification demande la création d’un grand degré de réduction (fragmentation) de la roche par le tir. Habituellement toute augmentation du degré de fissuration encouragerait l’usage d’un grand fardeau et correspondra ainsi à un faible facteur d’énergie. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

307

Cependant, il faut toujours adapter le plan de tir au massif. La nature hétérogène, très fracturée et l’intercalation de diverses couches de natures différentes rendent le rendement du tir mauvais. Le massif détermine la taille des blocs sur le tas. Il conditionne la réussite du forage, du chargement en explosif, les risques de ratés de tir, des effets arrières importants. Les discontinuités resserrées donnent une bonne fragmentation ; par contre celles espacées donnent une mauvaise fragmentation. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

308

Rappel de la géométrie du gradin (schéma de tir) La disposition des trous dans un gradin est caractérisée par la distance B entre les rangées de trou et la distance S entre les trous dans une même rangée. Cette dernière doit être légèrement supérieure à la première pour achever une bonne fragmentation. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

309

Figure 2.15 : vue isométrique d’un gradin et terminologie d’un plan de tir (selon Ash). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

310

Selon Langefors

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

311

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312

La distance B (banquette, fardeau) est orientée perpendiculairement à la ligne des trous dans une rangée (qui est parallèle à la face libre du talus du gradin). Il est également employé pour décrire la distance entre la ligne de la première rangée de trou et la face libre du gradin. Cette distance est variable. Elle est fonction de l’angle d’inclinaison du trou et la distance entre la 1ère rangée de trou et la crête du gradin. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

313

Légende B : fardeau (banquette) ou distance entre les rangées de trou, m S : espacement entre les trous dans une même rangée, m D : diamètre du trou de mine, mm T(HO) : longueur de bourrage, m J(U) : profondeur de sous-forage, m L : profondeur du trou de mine, m BCL : longueur de la charge de pied, m CCL : longueur de la charge de colonne, m H : hauteur du gradin, m Le : (BCL+CCL) : longueur totale de la charge, m CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

314

Généralement les trous sont forés au-dessous de la hauteur du gradin afin d’abattre correctement le pied. Cette distance est désigné sous le nom de sous forage (J). Une certaine longueur de trou est laissée non chargée. Elle est désignée sous le nom de longueur de bourrage (T) qui peut être remplie de matériaux inertes ou de débris de roche de forage pour confiner l’explosif et éviter son expansion lors du tir. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

315

La longueur totale du trou (L) forée est égale à la hauteur de gradin (H) plus le sous forage (J). La longueur totale de la colonne explosive (Le) est égale à la longueur de trou (L) moins la longueur de bourrage (T). Dans le cas des trous inclinés cette longueur totale est définie par :

;m

(2.30)

Où : α : est l’angle vertical d’inclinaison du trou de mine, ° CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

316

Cependant, beaucoup de compagnies minières préfèrent des trous verticaux à cause des inconvénients majeurs des trous inclinés (augmentation des déviations du forage, réduction de la vitesse de forage, difficultés dans le positionnement de la machine de forage, problèmes lors du chargement des trous en explosifs). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

317

La charge spécifique d’explosif (consommation spécifique d’explosif, PF) est la quantité d’explosif nécessaire pour abattre un mètre cube ou une tonne de roche selon une loi de fragmentation régie par la roche et l’explosif. C’est un paramètre important dans la conception du tir ; elle est définie par : ; Kg/m3 Où : We : quantité d’explosif contenue dans le trou de mine ; Kg. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

318

Il sera démontré dans cet atelier, que les différentes dimensions impliquées dans la conception d’un plan de tir ne sont pas arbitraires mais étroitement liées les unes aux autres. Le choix de l'une, par exemple le diamètre du trou, se fixe dans une certaine limite. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

319

Modélisation de la fragmentation (distributions granulométriques) L’une des exigences pour être en mesure d’optimiser la fragmentation est la capacité du concepteur de pouvoir la mesurer ou la prédire en différents stades de la fragmentation dans le processus minier. Différentes méthodes ont été développées au fil des années. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

320

Modélisation de la fragmentation du tir La plupart des modèles d’études de la fragmentation du tir emploie la dimension moyenne des fragments X50 (dimension correspondant à 50 % des fragments passants à travers un crible d’ouverture connue). Les paramètres d’entrées de ces modèles sont généralement les propriétés physico-mécaniques et structure géologique de la roche, les propriétés de l’explosif et les paramètres géométriques du plan de tir. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

321

Le modèle proposé par Harries, 1983 consiste à modéliser des colonnes de charge d’explosif comme une série de charge sphériques. Chacune envoyant une pression transitoire selon la théorie développée par Favreau.

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

322

Dans le modèle de Zou, 1998, on utilise des équations de contraintes dans des charges sphériques et les relations d’atténuations établies par Ito et Sassa, 1966 pour calculer les contraintes à un point quelconque du matériau. La distribution des tailles de la roche est proportionnelle à la distribution des roches in-situ. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

323

Le modèle de Kleine, 1988 est basé sur la capacité du massif à absorber l’énergie d’un cycle de pulsation sinusoïdale. Ce paramètre intrinsèque donné est appelé paramètre d’atténuation de l’énergie sismique. Il est mesuré sur terrain par un dispositif spécial. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

324

Le modèle proposé par Ghosh, 1985, est un modèle multi fractures d’un tir en gradin en utilisant la méthode des éléments finis pour étudier la propagation de l’énergie explosive en association avec le massif. Il utilise la distribution de Schumann pour comparer la distribution des tailles des blocs dans le massif et sur le tas abattu. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

325

A l’état actuel des connaissances, les seuls modèles qui sont utilisés universellement et réellement opérationnels dans l’industrie minière, sont ceux basés sur le modèle KUZ-RAM (Kuznetsov-Rammler).

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

326

Développement du modèle de KUZ-RAM Une équation empirique reliant la taille moyenne des fragments issus d’un tir X50 et la charge spécifique d’explosif appliquée a été développée par Kuznetsov (1973) en fonction du type de roche. Son équation est de la forme :

, m (2.32) Où : X50 : la taille moyenne des fragments ; cm Vo : volume de roches abattues par un trou de mine tiré ; m3 QT : masse (kg) de TNT contenant l'équivalent d'énergie de la charge explosive dans chaque trou ; A : le facteur de la roche ; Avec : A=7 pour les roches moyennement dures, f =8~10. A=10 pour les roches dures et très fissurées f=10~14. A=13 pour les roches très dures et moyennement fissurées, f=12~16. CETIM - Pr T. SERRADJ 327 f est le facteur de dureté de Protodiakonov. Introduction à l'optmisation des tir

L’énergie relative (relative weight strength, RWS) du TNT comparé à celle d’ANFO (RWS d’ANFO = 100) est 115. Par conséquent l’équation (2.32) basé sur ANFO au lieu de TNT peut être écrite de la manière :

(2.33) Où : Qe : quantité d’explosif contenue dans le trou de mine, Kg/trou ; E : énergie de l’explosif en termes de puissance comparé à celle d’ANFO ; % Eanfo= 100% (2.34) Où : VDOe : vitesse de détonation effective de l’explosif, m/s VDOn : vitesse de détonation nominale de l’explosif, m/s CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

328

On sait que :

(2.35)

; Kg/m3

(2.37)

Où : K : charge spécifique d’explosif, Kg/m3 Alors l’équation (2.33) deviendra pour une charge spécifique donnée : ,m

(2.36)

L’équation (2.36) peut être réarrangée pour calculer la taille moyenne des fragments X50 (cm) pour une charge spécifique d’explosif donnée : , Kg/m3

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

(2.37)

329

Cunningham (1987) affirme que dans la plupart des cas le facteur de la roche (A) doit varier entre 8÷12. Ce facteur a été utilisé pour tenir compte de la nature des roches et de l’orientation des structures géologiques par rapport à la direction du tir. Il a été adapté par Cunningham en 1987 par référence à l’indice de tirabilité (blastibity index) développé par Lilly (1986) de la manière suivante: CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

330

(2.38)

Où : RMD : description de la masse rocheuse ; JF (JPS+JPO) : facteur d’espacement et d’orientation des joints (facteurs de joints) ; RDI : influence de la densité de la roche ; HF : facteur de la dureté de la roche ;

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

331

Paramètres RMD

JF JPS

MS

DP

JPO

RDI RD HF Y UCS

Désignations Taux Description de la masse rocheuse : 10  Pulvérulent/friable JF  Avec des Joints verticaux 50  massive JPS+JPO Facteur d’espacement entre des familles de joints 10  MS Facteur de l’orientation du plan de joints 20  Horizontal ou sortant 30  Le long de la direction du 40 pendage du gradin  entrant Facteur d’influence de la 25xRD - 50 densité de la roche Densité (t/m3) Facteur de dureté de la roche  si Y< 50 Gpa HF= Y/3  si Y> 50 Gpa HF= UCS/5 Module de Young, Gpa CETIM - Pr T. SERRADJ Resistance à la compression, Introduction à l'optmisation des tir Mpa

Le tableau 2.2 donne les différents paramètres de calcul du facteur A de la roche d’après Cunningham (1987) :

332

Le facteur de description de la masse rocheuse peut être efficacement estimé par l’équation suivante : RMD =10 + 10 F50 Où : F50 : dimension moyenne du bloc in-situ, m

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

333

Cependant, il est très important de savoir la distribution granulométrique résultante de la conception initiale d’un tir. C’est dans ce but que Cunningham (1983,1987) a adapté le modèle de distribution de la granulométrie de RosinRammler, 1979 dans la prédiction de la distribution granulométrique du tir. Il trouva que celui-ci caractérisait mieux la fragmentation du tir. L’équation originale de prédiction de la granulométrie de Rosin-Rammler (1979) se présente sous la forme : CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

334

R  e

 X   X C 

   

n

; %

(2.39)

Où bien : ; %

(2.40)

Où : R : pourcentage des fragments dont la taille est supérieure à X (c’est le pourcentage des fragments retenus sur le tamis ou le crible d’ouverture X, cm) P(X) : pourcentage des fragments dont la taille est inférieure à X (c’est le pourcentage des morceaux passant à travers le tamis ou le crible d’ouverture X) ; X : ouverture du tamis ou du crible, cm ; Xc : taille caractéristique, c’est la taille par laquelle passe 69,3 % des fragments, cm ; n : index d’uniformité. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

335

CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

336

L’index d’uniformité (n) a été déterminé à travers une équation développée par Cunningham à partir des essais sur terrain. Cet index nous renseigne sur l’uniformité de la courbe de fragmentation. Il est calculé à l’aide des paramètres géométriques du plan de tir : (2.44)

L’équation (2.44) peut être reformulée pour les trous de mine contenant une charge de pied et une charge de colonne de la manière : CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

337

; (2.45)

Où : B : distance entre les rangées de trous, m S : distance entre les trous dans une même rangée, m D : diamètre de la charge, mm W : écart type d’exactitude de forage (précision du forage), déviation du forage, m BCL : longueur de la charge de pied, m CCL : longueur de la charge de colonne, m H : hauteur de gradin, m Le : longueur totale de la charge, m P : facteur de disposition de la maille de tir ; P=1 pour une disposition des trous en carré/rectangulaire ; P=1,1 pour une disposition des trous en quinconce. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

338

Dans la pratique la valeur de n varie de 0,8÷2,2 d’après Cunningham. Les valeurs élevées correspondent à une granulométrie uniforme et les valeurs faibles une granulométrie étalée. La taille maximale des blocs (BDR) correspondant à l’ouverture du crible qui fait passer 98 % des fragments est prédite à l’aide de l’équation suivante : ; (2.46) CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

339

La combinaison des équations de Kuznetsov et de Rosin-Rammler par Cunningham, 1987 est appelée le modèle de fragmentation Kuz-Ram. L'expérience de Cunningham (1987) suggère que : * La gamme normale de ` n ' pour la fragmentation des roches massives est raisonnablement de 0,75 à 1,5 ; avec une moyenne autour de 1. Des roches plus consolidées ont des valeurs plus élevées. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

340

* Les valeurs de n en dessous de 0,75 représentent une situation de poussière (beaucoup de fines) ; qui indique que les conditions de la roche ne favorisent pas l’abattage à l’explosif. Généralement, c’est le cas lors de la découverture dans des terrains altérés. . CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

341

* Pour des valeurs inférieures à 1, les variations de l'index d'uniformité (n) sont plus critiques pour les particules fines et grossières. Pour n≥ 1,5 ; la texture du tas abattu ne change pas beaucoup, et les erreurs sont moins punitives. * Le facteur de forme (n) a une influence importante sur les résultats des essais de tamisage, comme la maille employée est généralement carrée ; elle maintiendra la majorité des fragments ayant toute dimension plus grande que la maille CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

342

En conclusion, une attention particulière doit être donnée en utilisant le modèle de KUZ-RAM ; en se rappelant les points suivants : * L’amorçage et la synchronisation doivent être arrangés de manière à augmenter raisonnablement la fragmentation et éviter les ratés de tir ; * L'explosif doit avoir une énergie proche de son Relative Weight Strength, RWS calculé. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

343

* Les joints, les discontinuités et l’homogénéité du massif doivent subir une évaluation soigneuse. La fragmentation est souvent définie par la structure de la roche, en particulier lorsque les joints sont plus espacés que la maille de forage.

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344

Modèles de JKMRC

Le centre de recherche minérale Julius Kruttschnitt Mineral Rechearch Center, JKMRC, en Brisbane, en Australie a développé deux (2) modèles de fragmentation de tir : le modèle TCM (Two Component Model) et le modèle CZM (Crusched Zone Model). Tous ces deux modèles sont essentiellement basés sur le modèle de KUZRAM avec quelques modifications. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

345

L’hypothèse principale de ces deux modèles est basée sur le fait que lors de la fragmentation des roches à l’explosif ; il se forme autour de la charge une zone de broyage et une zone de formation des fissures. La zone de broyage donnera des particules fines et la zone de formation des fissures des particules grossières ; donc le tas abattu comprendra à la fois des particules fines et des particules grossières. Le modèle CZM est développé pour estimer la part des fines dans le tas ; et le TCM pour tenir compte des deux parties. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

346

Figure 2.16 : schéma illustrant le processus mis en place lors de la détonation d’une colonne d’explosif (Essen, 2003).

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347

Two Component Model (TCM) La fragmentation résultant du tir peut être considérée comme un mélange de deux groupes de fragments. Autour de la charge se forme la zone de broyage due à des contraintes de cisaillement donnant des particules fines et la zone de fissuration créée par des contraintes de traction donnant des particules grossières. La composante des deux zones est donnée par deux fonctions de distribution de Rosin-Rammler afin de manipuler ensemble les deux portions : une pour les fines et l’autre pour les grosses particules. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

348

Crushed Zone Model (CZM) Le Crushed Zone Model (CZM) similaire au modèle TCM utilise simultanément deux fonctions de distribution de Rosin-Rammler pour estimer la distribution granulométrique totale des fragments. Il réuni en une seule courbe une distribution pour les particules fines et une autre pour les particules grossières. Le point de rencontre des deux courbes détermine la taille caractéristique Xc des fragments qui dépend des propriétés de la roche (Kanchibtla et al, 1999). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

349

Figure 2.17 : courbes de distribution des particules fines et grossières

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350

Le modèle KCO Le modèle KCO (Ouchterlony, 2005a) est la version étendue du modèle de KUZ-RAM. Le modèle remplace la fonction de distribution de RosinRammler habituellement utilisée dans le modèle de KUZ-RAM par la nouvelle fonction de distribution de Swebrec. Celle-ci introduit trois paramètres : la taille moyenne X50, la taille maximale du bloc in-situ ; et b qui représente le paramètre d’ondulation de la courbe. Ce dernier est similaire au paramètre n dans le modèle de KUZ-RAM. L’expression X50 est la même que celle de Kuznetsov. L’expression de b et la fonction de distribution de Swebrec sont données comme suites. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Le concassage est la première étape dans le processus de comminution dont le but est de réduire les fragments de minerai provenant directement de la mine ou des dépôts d’homogénéisation en des dimensions admissibles pour les opérations qui suivent (convoyage, criblage, broyage). Il peut s’effectuer en un, deux, trois ou quatre stades selon le degré de réduction recherché.

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Modélisation de la fragmentation lors du concassage Le concassage est la première étape dans le processus de comminution dont le but est de réduire les fragments de minerai provenant directement de la mine ou des dépôts d’homogénéisation en des dimensions admissibles pour les opérations qui suivent (convoyage, criblage, broyage). Il peut s’effectuer en un, deux, trois ou quatre stades selon le degré de réduction recherché. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les paramètres les plus importants des concasseurs sont : * Leur débit ; * La dimension d’alimentation (open size setting, OSS) ; * La dimension à la sortie (close size setting, CSS). Le concept de modélisation des concasseurs est fondé sur le fait que les dimensions des matériaux d’alimentation passent par une série de fragmentation et de classification (Valérie et al, 2001) comme indiqué sur le schéma cidessous. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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2.18 : Etapes de fragmentation des roches lors du concassage (Valérie et al, 2001)

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L’objectif de cette modélisation est de prédire la distribution granulométrique à la sortie de chaque stade de concassage à partir d’une distribution granulométrique à l’entrée donnée. Cependant, il faut savoir que dans un circuit de concassage, la distribution granulométrique à la sortie d’un stade, sert d’alimentation pour le stade suivant ; et ainsi de suite. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Chaque étape de rupture doit produire son degré relatif de réduction. Les dimensions à l’entrée (OSS) et à la sortie (CSS) de chaque étape contrôlent la partie de classification dans le modèle. Cependant, si un fragment a une dimension supérieure à la dimension de l’ouverture du concasseur (OSS), CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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il ne passera pas à travers celle-ci ; et doit subir un débitage secondaire. Inversement s’il a une dimension inférieure à la dimension de sortie du concasseur (CSS) ; il passera directement à travers celle-ci sans être concassé. Par contre s’il a une dimension comprise entre l’OSS et le CSS ; il existera une probabilité de concassage. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Quantification de la granulométrie par analyse numérique d’images

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La courbe granulométrique des roches fragmentées a longtemps été déduite par criblage. Le problème avec ce moyen de mesure est de devoir manipuler une grande quantité de matériaux. Ce qui se traduira donc par temps d’exécution élevé ; une nécessité de gros engins et la présence de beaucoup d’opérateurs. De plus, le volume mis en jeu reste souvent insuffisant pour pouvoir représenter correctement l’ensemble du tas fragmenté (erreurs d’échantillonnage). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Nous exposons dans cette partie les moyens et les conditions à mettre en jeu pour mesurer numériquement la fragmentation issue d’un tir par une technique relativement simple.

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Etapes de mesure par analyse d’images La séquence générale de la mesure par analyse d’images se présente sous 5 phases à savoir :

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1. Acquisition des images Les images sont acquises automatiquement à l’aide d’une caméra ou d’un appareil photo numérique de haute résolution sur toute la surface du tas de roches abattues (ou sur des camions dans les points de déchargement) par un procédé d’échantillonnage qui doit être représentatif du tas formé ou à étudier. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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2. Traitement des images Cette étape consiste à effectuer les opérations suivantes : en tout premier lieu, il s’agit d’éliminer les images incorrectes, notamment les images vides et celles caractérisées par un bruit atypique tel que : les poussières regroupées sur l’objectif de la caméra, les images floues à cause de la vibration ou le mauvais réglage du déclenchement de l’acquisition ; CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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ensuite des filtrages sont opérés sur les images afin de réduire au maximum les bruits qui les entachent ; en dernier lieu, les algorithmes de séparation des fragments sont utilisés par des logiciels pour extraire les contours de ces derniers. Le résultat est une image binaire représentant les fragments et les zones d’ombre. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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3. Traitement stéréo logique Opéré sur des images binaires, il consiste à trier les fragments selon des classes puis à affecter à chacun d’eux une surface puis un volume.

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4. Corrections statistiques Elles ont pour but de prendre en compte l’insuffisance des techniques de mesure par analyses d’images pour accéder directement à l’information recherchée. Elles tentent ainsi d’estimer l’information sous-jacente due au recouvrement, au chevauchement et à la ségrégation des fragments. Elles sont basées sur la comparaison avec le tamisage ; des calibrages sont utilisés pour corriger toutes les erreurs inhérentes aux différentes étapes précédentes. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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5. Courbe granulométrique Le résultat final de l’ensemble de ces étapes est la courbe granulométrique expérimentale par analyse d’images du tas étudié.

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Logiciels de traitement d’images Avec l’évolution de l’électronique, de l’informatique ; des techniques d’acquisition et des traitements relatifs aux mesures des fragments par analyse d’images ; de nombreux logiciels d’analyse d’images dédiés à la granulométrie des roches ont vu le jour). CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les logiciels les plus connus dans la littérature sont : FragScan, Split desktop et WipFrag. Dans ce qui suit nous allons décrire le système Split Desktop que nous avons utilisé et comprendra: les étapes de mesure ; les méthodes utilisées pour chacune des étapes ; les résultats obtenus. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Split Desktop Split Desktop est le résultat de neuf (9) ans de recherche ; développé à l’Université d’Arizona au début des années 90 et le centre de recherche minérale (JKMRC, Brisbane, Australie) (Kemeny et al. 1996 ; Higgings et al 1999). Le logiciel est actuellement commercialisé par Split Engineering LLC, Arizona, USA. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Les traitements sont automatiques lorsque les images sont acquises sur le convoyeur à bandes ou sur les tas abattus. L’analyse en 2D, utilise la segmentation par l’algorithme de la ligne de partage des eaux (Beucher et Lantuéjoul). Elle donne pour la plupart du temps des fragments divisés ou fusionnés (Figure 2.23.B). Des critères géométriques basés sur la fonction distance qui prennent en compte la taille et la forme des fragments, sont utilisés pour réduire ces problèmes. Enfin, les traitements 2D sont complétés par un détourage manuel des fragments. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Figure 2.23 : (a) Images initiale, (b) Problèmes d’extraction des contours : fusion des régions de fines et sur-segmentation des fragments.

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Concernant le passage en 3D, les auteurs se basent sur des corrélations de l’analyse d’images de différentes formes de fragments avec les résultats du tamisage. Ils choisissent les axes de l’ellipse ayant la même surface visible que des fragments pour le calcul des tailles et des volumes.

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Avant tout calcul des proportions granulométriques ; les auteurs opèrent une correction dite de fines. Ils procèdent en attribuant un pourcentage des zones d’ombres de l’image binaire (zones noires) aux particules fines qu’ils ajoutent à l’ensemble de la distribution des tailles.

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Erreurs de mesure liées à l’analyse d’images

Pour pouvoir comprendre certaines insuffisances que connaissent les outils de mesure par analyse d’images ; il faut s’intéresser aux différentes sources d’erreurs qui affectent l’authenticité de la mesure finale. Elles se manifestent par des décalages entre les courbes granulométriques fournies par les outils de mesures et les courbes de référence déterminées par tamisage ou par criblage. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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De façon générale, les problèmes rencontrés par les différents logiciels peuvent être regroupés en deux principaux types : ceux liés à la nature de la mesure elle-même et ceux liés à la méthode de traitement intrinsèque à chaque logiciel.

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Problèmes dus à la présence de particules fines L’un des problèmes majeurs rencontrés lors de l’analyse d’images des fragments de roches est celui des particules fines. Ces dernières sont définies en termes d’analyse d’images comme étant les particules très petites non visibles à l’image à cause de la ségrégation ou à cause de leur trop petite taille comparée à la résolution employée lors de l’acquisition. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Lorsque ces particules sont regroupées ; les régions équivalentes sont fusionnées lors des traitements surfaciques (problème de fusion). Détectées ainsi comme de grandes particules ; leur proportion est généralement sous estimée par analyse d’images.

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A l’état actuel des pratiques minières, le logiciel de traitement d’images Split Desktop est d’une application large grâce à ses spécificités ; de même il a subi de nombreux perfectionnements pour tenir compte des divers problèmes dus à l’analyse d’images et plus particulièrement la prise en compte des particules fines. C’est pourquoi, nous l’avons utilisé pour estimer la distribution granulométrique des tas de roche fragmentés par les tirs ainsi que la distribution blocométrique dans les conditions de sites réels, à travers des études de cas. CETIM - Pr T. SERRADJ Introduction à l'optmisation des tir

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Présentation de logiciels de traitement d’image

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