Cours D'exploitation Des Mines Ciel Ouvert-140902182407-Phpapp02 [PDF]

  • 0 0 0
  • Gefällt Ihnen dieses papier und der download? Sie können Ihre eigene PDF-Datei in wenigen Minuten kostenlos online veröffentlichen! Anmelden
Datei wird geladen, bitte warten...
Zitiervorschau

UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT DES MINES

COURS D’EXPLOITATION DES MINES À CIEL OUVERT

PAR : KAMULETE MUDIANGA N.

UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT DES MINES

COURS D’EXPLOITATION DES MINES À CIEL OUVERT

PAR : KAMULETE MUDIANGA N. Ingénieur civil des mines Docteur en sciences appliquées Professeur à l’Université de Lubumbashi

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 1 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

INTRODUCTION L’expansion du monde industriel ces trente dernières années a permis un développement spectaculaire des exploitations à ciel ouvert aussi bien pour l’évolution de la technologie proprement dite des matériels (leur taille et leur performance) que pour les moyens d’études et de contrôle par ordinateur. C’est ainsi que l’on exploite actuellement par les méthodes d’exploitation à ciel ouvert plusieurs gisements tels que les gisements du cuivre, de bauxite, du charbon, du fer, d’or, de diamant, de manganèse et des matériaux de construction. Le développement des exploitations à ciel ouvert s’explique par les avantages suivants :  La meilleure récupération des gisements et une bonne sélectivité  La

plus

grande

souplesse

dans

la

planification

de

l’exploitation et de la découverture  La plus grande sécurité de travail  La possibilité d’une importante mécanisation permettant d’utiliser des grosses machines L’ensemble de ces avantages conduit généralement à des coûts d’exploitation par tonne faible. Quelques faits nouveaux liés aux progrès techniques sont à la base de l’approfondissement constant des mines à ciel ouvert. Il s’agit de : 1. les engins de carrière accroissent constamment

leur

possibilité de découverture en réduisant le prix de revient de l’unité de volume abattu et déplacé, ce qui

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 2 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

permet d’accroître le volume total à excaver par rapport au tonnage des minerais à exploiter. 2. les méthodes modernes de concentration des minerais permettent d’envisager l’exploitation des gisements et des rejets (après concentration) à faible teneur mais à fort tonnage. C’est ainsi que certains gisements et rejets des usines de concentration considérés jusque là comme stériles (c’est-à-dire la teneur de coupure faible par rapport

à

celle

exigée

par

les

installations

de

concentration) peuvent être considérés aujourd’hui très rentables compte tenu des progrès de la méthodes de concentration (par exemple les terrils des usines de la Gécamines Lubumbashi). Ceci signifie également que la notion de gisement ou de stérile est une notion relative qui évolue dans le temps et dans l’espace compte tenu des progrès technique et scientifique. 3. le progrès des méthodes de prospection amène à découvrir d’autres nouveaux gisements superficiels dans les pays industrialisés ainsi que dans les régions peu accessibles de certains pays en voie d’industrialisation. 4. il faut savoir qu’on dispose actuellement des moyens de plus en plus performants dans les nombreux domaines touchant les mines à ciel ouvert et en particulier : a) Topographie : actuellement

les

appareils

une

précision

à

infrarouge et

une

ont

fiabilité

remarquable. b) Mécanique des roches et des sols : la connaissance des

caractéristiques

mécano

physiques

des

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 3 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

gisements permet à partir des essais in situ ou sur des échantillons au laboratoire, de déterminer dès l’étude

d’élaboration du projet, la méthode de

fragmentation détermination

des

matériaux.

Mais

c’est

la

des angles des talus et des

techniques spéciales d’osculation qui permettent un contrôle très précis des bords des carrières d’une mine à ciel ouvert qui est d’une grande importance pour la stabilité des travaux des travaux miniers. c) Ces deux domaines ont une grande importance aussi bien au moment de l’élaboration d’un projet par la fixation de la forme et de calcul du volume à excaver que pendant l’exploitation pour assurer la sécurité et la diminution du cubage à excaver, ce qui a pour conséquence la réduction du coût des opérations minières. d) Hydrogéologie : le domaine est d’une grande importance dans certaines mines à ciel ouvert cas dans les conditions de travail dans ces dernières et les prix de revient peuvent dépendre très largement du traitement des eaux (exhaure). On dispose actuellement grâce à l’informatique des logiciels permettant de simuler les venues d’eau souterraine et de déterminer la quantité d’eau à pomper en vu de rabattre le niveau de la nappe aquifère. e) Informatique : actuellement, il existe plusieurs logiciels permettant de résoudre les problèmes spécifiques d’une mine à ciel ouvert tels que :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 4 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 La stabilité des talus  Le rabattement de la nappe aquifère  La trace des plans de carrières ou design (projets partiels ou projet global) et le calcul de la quantité des matériaux contenue dans les limites des projets partiels ou global d’exploitation.  La planification à court et à moyen terme  La simulation du transport et des extractions minières

ainsi

que

leurs

contrôles

périodiques et la mise à jour.

Les exploitations à ciel ouvert ont des caractéristiques particulières qui ont une grande influence sur leur prix de revient :  Elle nécessite des investissements très importants en équipements et parfois en travaux préparatoires d’une part et d’autre part les charges financières représentent une part non négligeable du prix de revient  L’organisation du chantier doit être particulièrement soignée et suivie si l’on veut tirer un rendement maximum des machines ou engins d’exploitation. Le matériel mis en œuvre est de plus en plus sophistiqué d’où la qualification de la main d’œuvre s’impose et l’entretien de plus en plus poussé. L’exploitation à ciel ouvert se fait habituellement de deux manières :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 5 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 Par des moyens mécaniques (procédé dit excavation) en employant comme engins miniers des sondeuses, des excavateurs, des camions bennes.  Par des moyens hydromécaniques de deux façons : 1) Dans les roches tendres avec comme équipement principal les monitors et les pompes 2) Dans les gisements se trouvant soit dans les régions fortement marécageuses, soit au fond des cours d’eau, soit dans les lacs avec comme équipement principal les dragues, en particuliers les draglines. Dans certaines conditions, on utilise les procédés manuels pour extraire du minerai du sous-sol :  Dans les pays à main d’œuvre chère, exploiter des petits gisements riches.  Dans les pays à main d’œuvre moins chère, exploiter des petits gisements erratiques (irréguliers) Lors de l’exploitation à ciel ouvert, on distingue trois étapes essentielles des travaux miniers à savoir :  L’ouverture du gisement qui est précédée par la préparation de la surface (débroussaillement, déboisage) avec l’assèchement du champ minier  Le découpage du champ minier de la carrière et l’enlèvement des morts terrains (stériles)  Les travaux d’exploitation pour l’enlèvement du minerai L’inconvénient majeur dans les travaux miniers à ciel ouvert est leurs dépendances aux conditions atmosphériques (pluie, vent, neige, soleil…) et des intempéries peuvent provoquer des sérieux

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 6 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

problèmes aussi bien que pour le confort du personnel que pour la résistance et l’entretien du matériel. Dans les régions très froides, les aciers ordinaires peuvent se casser comme du verre, les huiles et les graisses congèlent. D’abondantes chutes de neige peuvent interrompre pendant plusieurs jours les travaux d’exploitation, des vents violents peuvent renverser des engins (vitesse de vent ~ 100 km/h). Pendant l’exploitation du gisement deux principes suivants sont à respecter : 1) L’exploitation d’un gisement doit être conduite de telle façon que lorsqu’on aura atteint son développement normal, la teneur moyenne d’exploitation doit se rapprocher d’autant que possible de la teneur de coupure. Cela conduit à exploiter simultanément suivant la proportion à établir d’après la prospection

et la

sélectivité des zones riches et pauvres. 2) Les

travaux

d’ouverture

du

gisement

entraînent

habituellement des grosses dépenses, il faut s’efforcer de les amortir dans le délai le plus bref. A cet effet, on exploitera en tout zones

premier lieu des chantiers ou des

du gisement reconnues plus riches. Ainsi, on

commencera si possible par les travaux préparatoires permettant l’exploitation immédiate du minerai.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 7 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP I EXPLOITATION ET TRAVAUX MINIERS I.1 Méthodes d’exploitation I.1.1 introduction En définissant une méthode d’exploitation comme la progression dans le temps de l’ensemble de gradins à l’intérieur de la fosse ultime, nous avons une définition de la méthode d’exploitation qui tient compte de la morphologie du gisement. D’une part, les moyens mis en œuvre pour déplacer le stérile peuvent déterminer les principaux paramètres dans la classification des méthodes d’exploitation à ciel ouvert, et d’autre part par le choix du matériel peut à lui seul caractériser la méthode d’exploitation. C’est pourquoi on entend parler de l’exploitation par draglines ou par roues-pelles. On remarque que les méthodes d’exploitations à ciel ouvert ne bénéficient pas d’appellation relativement universelle comme celles des mines souterraines. Sur base des considérations ci-dessus, il est parfois difficile de donner une classification des méthodes à ciel ouvert. Dans ce cours, nous allons distinguer deux catégories des méthodes d’exploitation à ciel ouvert : 1. une classification qui tient compte de la morphologie du gisement 2. une classification qui tient compte des moyens de déplacement du stérile

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 8 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

I.1.2 Méthodes d’exploitation basées sur la morphologie du gisement Les méthodes d’exploitation dépendant de la morphologie du gisement peuvent être classées en deux types principaux :  les gisements en forme d’amas et de filon (dressants et semi dressants)  les gisements subhorizontaux ou tabulaires (horizontal) Dans le premier cas, il s’agit soit du gisement avec stériles juxtaposés qui, généralement, affleurent et ayant des terrains durs, soit des gisements ayant des terrains de recouvrement superficiels (ex : cuivre, fer). Dans le second cas, il s’agit

des gisements sans stérile de

recouvrement qui affleurent (calcaire, porphyre), soit des gisements ayant des terrains de recouvrement superficiels (lignite, charbon,…)

I.1.2.1 Méthode par fosses emboîtées

Dans le cas des gisements en amas ou des filons, l’exploitation se développe

verticalement

en

contre

bas

par

fosse

successives

comportant du minerai et du stérile que l’on est obligé d’excaver, et de déplacer au fur et à mesure de l’approfondissement des travaux d’exploitation. C’est une méthode générale appelée excavation globale,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 9 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

il s’agit d’un grand cratère dont le profil est constitué de gradins. La crête de chaque gradin est représentée en plan par une courbe fermée. Si

la

région

est

montagneuse,

certains

gradins

peuvent

être

incomplets, ce qui permet périodiquement de créer des nouveaux gradins plus profonds en faisant progresser le front des travaux en profondeur. La zone minière : il est toujours variable

et le creusement de

l’incliné se réalise jusqu’au stade final de l’exploitation.

Figure 1. Méthode d'exploitation par fosses emboîtées

Ce type d’exploitation possède deux particularités :  la conduite des travaux d’exploitation présente un caractère irréversible, leur évolution étant fixée par une étude préalable de la forme ultime (finale) et il est pratiquement impossible de s’en écarter par la suite, ceci à cause du rapport de découverture important qui peut survenir en voulant extraire une partie de minéralisation non incluse dans le projet de la fosse finale.  Le rapport de découverture étant fonction de la profondeur d’exploitation et de la morphologie du gisement, ses variations

peuvent

dans

certaines

conditions

être

importantes entre deux phases d’exploitation successives.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 10 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Par conséquent, la planification de la production minière est l’un des problèmes délicats de ces types d’exploitation. Cette méthode exige la constitution des terrils extérieurs non loin du champ minier, à des endroits spécialement prévus à cet effet.

I.1.2.2

Méthodes

d’exploitation

par

tranchées

successives Dans le cas des gisements subhorizontaux ou en plateures, l’exploitation se développe horizontalement et en s’efforce

pour

diminuer la distance de transport du stérile, de le déposer dans la fosse aussitôt après avoir exploité le minerai. Ce remblayage peut être fait soit par un seul engin (pelle ou dragline de découverture), soit au moyen de pont de transfert ou des sauterelles, soit par des camionsbennes associés aux bulldozers. Cette méthode est appelée méthode par tranchées successives, c’est-à-dire des terrains en place qui recouvrent la couche minéralisée sont déplacés et remis en arrière là où on a déjà enlevé du minerai.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 11 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Figure 2. Méthode d'exploitation par tranches successives

I.1.2 Méthodes d’exploitations basées sur des déplacements des stériles Les moyens mis en œuvre pour déplacer les stériles déterminent les principaux paramètres de la méthode d’exploitation à ciel ouvert :  La hauteur et le nombre de gradins des stériles et du minerai  La largeur des plates-formes de travail  Le nombre d’inclinés pour le transport  Le nombre de fronts d’abattage, l’ordre et le système de déplacement des fronts des travaux  La quantité des réserves découvertes et préparées Ainsi, on distingue cinq méthodes d’exploitation en se basant sur le mode de transport des déblais au sein de la carrière avec formation des terrils intérieurs ou extérieurs. 1. Méthodes sans transport : cette méthode peut être soit simple, soit avec remaniement des déblais ou terrils. Dans le premier cas, il s’agit de la mise en terril des déblais directement par l’excavateur employé pour l’enlèvement des morts terrains. Tandis que dans le second cas, il s’agit de la formation puissante de stérile. On est amené à employer un excavateur supplémentaire sur les terrils pour répartir

la

roche

déversée

par

un

excavateur

de

déblaiement. Comme excavateur, on utilise les pelles mécaniques et draglines. Les champs d’application de la méthode sont :  Les couches horizontales de puissance limitée avec le recouvrement de dureté moyenne et d’épaisseur limitée

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 12 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 Les couches à moyen pendage incluses dans les terrains tendres et situées à faibles profondeurs. Ce qui permet de remanier deux ou plusieurs fois le déblais au moyen d’excavateur. 2. Méthode avec emploi d’engins de transfert : la méthode est employée lorsque les déblais sont rejetés dans le terril intérieur

au

moyen

d’engins

de

transport

mobiles(sauterelles et pont de transfert) et les matériels d’exploitation étant des excavateurs à godets multiples. La méthode est utilisée lors de l’exploitation des couches horizontales ou subhorizontales de recouvrement meuble et d’une grande épaisseur. 3. Méthode spéciale : c’est une méthode où les déblais sont évacuées au moyen des engins suivants :  Scrapers  Monitors et pompes  Grues  Convoyeurs avec stackers (rembalyeurs) ; les deux premiers

types

l’exploitation

d’engins des

sont

couches

utilisés

lors

horizontales

de et

subhorizontales de recouvrement tendre et meuble. Tandis que les deux derniers moyens sont utilisés lorsque la couche minéralisée doit avoir un fort pendage et être incluse dans les terrains durs. 4. Méthode avec transport des déblais : c’est une méthode utilisée dans toutes formes de gisements (horizontal, semi dressant et dressant) et de toute dureté de recouvrement en employant les excavateurs de tout type. Le transport des déblais se fait par divers engins de transport (camion,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 13 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

locomotives et wagons, convoyeur à bandes) vers le terril extérieur ou intérieur. 5. Méthode mixte : elle est employée lors de l’exploitation des couches horizontales ou peu inclinées, de puissance limitée et de recouvrement tendre, meubles ou de dureté moyenne. Les déblais provenant des gradins supérieurs où l’on emploie les excavateurs de tout type sont transportés dans les différentes unités de transport (camions, locomotives et wagons, convoyeurs à bande) jusqu’au terril intérieur ou extérieur, tandis que les déblais provenant des gradins inférieurs ou l’on utilise les excavateurs à organe de travail de grandes dimensions sont rejetés dans le terril intérieur au moyen des excavateurs et dans le terril extérieur au moyen des engins de transport.

I.1.4 Types de fronts de carrières et ordre de progression Selon l’ordre, la position des tranchées d’accès au front des carrières sur le niveau d’exploitation, on distingue trois principaux cas : 1. Front unilatéral

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 14 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Figure 3. Front unilatéral

2. Front bilatéral

Figure 4. Front bilatéral

3. Front central

Figure 5. Front central

Le

front

central

demande

des

investissements

supplémentaires pour donner accès au gisement par rapport aux schémas unilatéral et bilatéral (les deux premiers

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 15 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

schémas).

En

contre

partie,

il

assure

le

travail

indépendamment des moyens d’exploitation (minimum deux excavateurs sur le même niveau d’exploitation) D’une façon générale, l’ordre de l’extraction des matériaux suivant le front de carrière d’un gradin quelconque est déterminé par des moyens d’excavation et de transport. On distingue essentiellement les types d’extractions suivantes : 1. Extraction par tranches horizontales de faible hauteur avec disposition des enlevures en direction du front des gradins. Cette méthode convient à l’emploi des scrapers

et des

bulldozers (par exemple lors de l’exploitation des gîtes alluvionnaires de diamants) 2. extraction par tranches verticales de faibles épaisseur suivant le talus du gradin. Ce procédé est pratiqué lors de l’utilisation des excavateurs à chaînes à godets. 3. Extraction par enlevures orientés dans la direction du front des

gradins :

ce

procédé

est

généralement

répandu

lorsqu’on utilise des pelles mécaniques et hydrauliques accompagnées des camions-bennes ou des locomotives et des wagons. 4. Extraction par enlevures orientées transversalement par rapport au front de gradin : ce procédé est généralement pratiqué lorsqu’on utilise la roue pelle accompagnée habituellement

des

moyens

de

transport

suivants :

convoyeur à bandes, parfois locomotive et wagon ainsi que draglines. La vitesse de progression du front de carrière est donnée par l’expression suivante : Vf =

Pa (m/an) Lef .Hg

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 16 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Avec Pa : la production annuelle en m3/an Lef : la longueur totale du front de carrière sur tous les niveaux d’exploitation en m Hg : la hauteur du gradin en m Dans les carrières contemporaines, la vitesse de progression du front de carrière varie de 30 à 400 m par an. Cette progression est la plus faible dans les gisements semi dressants et dressants exploités par la méthode des fosses emboîtées ; et la plus grande dans les gisements

en

plateure

exploité

par

la

méthode

des

tranches

successives.

I.2 Eléments fondamentaux en mine à ciel ouvert Le stade principal en mine à ciel ouvert consiste à élargir petit à petit une tranchée de découpage dont les parois sont taillées et prennent par la suite la forme d’un gradin.

I.2.1 Gradins C’est un élément fondamental technologique de l’exploitation à ciel ouvert représentant une partie des morts terrains ou du gisement enlevée de manière autonome et qui est desservi par des moyens de transport qui lui sont propres. Chaque gradin a généralement deux surfaces dégagées :  Le front d’attaque  Le talus du gradin Les éléments géométriques et technologiques sont sur la figure cidessous :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 17 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Figure 6. Eléments géométriques et technologiques d'un gradin

1. Toit du gradin : c’est la surface horizontale limitant le gradin à sa partie supérieur 2. Mur : c’est la surface horizontale limitant le gradin à sa partie inférieure 3. Talus : la surface latérale inclinée limitant le gradin du coté vide de l’exploitation 4. Front d’attaque : c’est l’emplacement où l’excavateur travaille 5. Arrête supérieure : c’est la ligne d’intersection entre le toit et le talus 6. Arrête inférieure : c’est la ligne d’intersection entre le mur et le talus 7. Angle du gradin : c’est l’angle formé entre le mur

et le

talus. Cet angle est choisi suivant la nature des roches et particulièrement en fonction de leur nature. La largeur de la plate forme de travail est habituellement de 10 m afin de faciliter les manœuvres de transport.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 18 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les gradins qui reculent au cours d’exploitation à ciel ouvert sont appelés gradins en exploitation. Les gradins autres que ceux en exploitations sont limités par des plates formes étroites dont la largeur est de 20 à 50 % de la hauteur du gradin. Ces plates formes sont destinées à améliorer la stabilité des talus et on les appelle banquettes de sécurité. Une partie de l’enlevure limitée en longueur par des moyens d’abattage et de chargement indépendant s’appelle bloc.

Figure 7. Schéma d'un bloc d'exploitation

D’une carrière quelconque ou mine à ciel ouvert, l’ensemble des gradins en exploitation constitue en général une vaste excavation dont la configuration générale est représentée par la figure suivante :

Figure 8. Coupe verticale d'une mine à ciel ouvert montrant certains éléments fondamentaux à ciel ouvert

La plate forme inférieure du dernier gradin s’appelle le fond de la carrière.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 19 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

I.2.2 Bords de la carrière Les bords de la carrière sont des surfaces latérales limitant les vides créés par l’exploitation. Ce sont des plates-formes et des talus des gradins. On distingue :  Les bords de travail  Les bords inexploités Les bords de

travail représentent un ensemble de gradin sur

lesquels les travaux d’exploitation sont exécutés progressivement. Les bords inexploités sont des bords où l’on n’effectue pas les travaux d’exploitation et sont utilisés pour l’évacuation des produits et la sécurité des travaux. Souvent, on prend comme niveau de référence, le niveau de la mer. Ici à Lubumbashi, nous sommes au niveau 1200. Ainsi, la surface du sol est considérée à ce niveau. Si nous descendons de 10 m, nous avons successivement 1190 m ; 1180 m ; …

I.2.3 Contour de la carrière Le contour supérieur de la carrière est l’intersection du bord supérieur de la carrière et la surface vierge. Tandis que le contour inférieur est l’intersection du bord inférieur de la carrière et de son fond.

I.2.4 Talus de la carrière La position principale du bord de la carrière en tout moment d’exploitation est caractérisée par le talus de la carrière. Ce dernier représente une surface imaginaire passant par le contour supérieur et inférieur de la carrière. L’angle de talus de la carrière est déterminé en fonction de :  La position de la profondeur d’exploitation Hx

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 20 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 La largeur de la plate forme de travail et banquette de sécurité  La tenue des roches formant le bord de la carrière Pour les bords de travail, l’angle de talus γ1 est toujours inférieur à celui du bord inexploité γ2. D’une façon normale, on adopte des angles des talus plus faibles pour une roche de mauvaise tenue. Par contre, on adopte des angles plus élevés pour une roche de bonne tenue. Le talus de liquidation est la pente générale des talus de la carrière dans la phase finale de ses activités. Il est choisi sur base des calculs spéciaux

de manière à assurer la stabilité des bords de la

carrière et la diminution des stériles à excaver. Pratiquement, l’angle de talus de liquidation correspond dans la plupart des cas à l’angle de talus de la carrière du coté du bord inexploité. C’est-à-dire γ 2 = γ 2''

I.3 Travaux miniers I.3.1 Découverture La découverture est l’enlèvement du mort terrain qui recouvre un gisement dans le but de l’exploiter à ciel ouvert. Les gisements sont exploités à ciel ouvert…. Relief du terrain est favorable aux travaux d’accès et que le prix de revient d’une tonne du minerai tout venant est inférieur à celui qu’un obtiendrait en utilisant l’exploitation souterrain ainsi qu’au cours du marché d’une tonne du minerai extraite. La découverture d’un gisement se fait par le creusement des tranchées principales qui donnent accès à la couche minéralisée et des tranchées de découpage qui préparent le champ de la carrière à l’exploitation.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 21 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

I.3.2 Rapport de découverture Le rapport de découverture est le rapport entre la quantité de stérile et la quantité du minerai extraite simultanément dans un projet ou phase d’exploitation. Ce rapport apparaît comme une caractéristique moyenne réalisée à un stade d’exploitation ou réalisée à partir de ce stade. Lorsque le gisement est stratiforme ou subhorizontal et ayant un recouvrement superficiel (ou mort terrain), on parle de taux de recouvrement ou de découverture. Mathématiquement, le rapport de découverture est défini par Rd =

Qs ; Avec : Qm

 Rd : le rapport de découverture  Qs : la quantité de stérile extraite ou excavée  Qm : la quantité du minerai extraite. Le rapport de découverture peut être exprimé  Soit en m3/ m3, on parle du taux de découverture volumétrique  Soit en t/t, on parle du taux de découverture pondérale  Soit en m3/t, on parle du rapport de découverture qui représente le cubage du stérile excavé pour extraire une tonne de minerai. Le rapport de découverture dépend de la morphologie du gisement et de la profondeur à laquelle celui-ci se trouve.

I.3.2.1 Mine à ciel ouvert avec Rd constant Il s’agit des mines à ciel ouvert où le rapport de découverture reste constant durant toute l’exploitation. On arrive à une telle évolution lorsque la couche minéralisée a une grande extension horizontale

et un recouvrement régulier des stériles (gisement en

plateure ou subhorizontal). Dans ce cas, on peut approximativement définir le taux de découverture par le rapport de l’épaisseur des stériles

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 22 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Hst de recouvrement à la puissance moyenne ma du gisement. Ce qui s’exprime : Rd =

Hst ma

Figure 9

I.3.2.2 Mine à ciel ouvert à Rd variable Il

s’agit

des

mines

à

ciel

ouvert



le

Rd

varie

avec

l’approfondissement des travaux d’exploitation. Dans ce cas, comme le Rd augmente avec la profondeur d’exploitation (gisement dressant et semi dressant), le prix de revient d’une tonne extraite à ciel ouvert qui lui est proportionnel varie de la même façon.

Figure 10

L’expression du Rd par unité de l’étendue du gisement se définit par

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 23 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Rd =

Qs1 + Qs2 + Qs3 (m3/t.s) Qm

Avec Qs1 : la quantité de stérile de recouvrement Qs2 et Qs3 : la quantité de stérile intercalaire

…à ciel ouvert. Ainsi, la limite de rentabilité à ciel ouvert correspond à l’égalité de ces deux prix de revient. Donc Ps=Pt, et Ps = Pe+Rd.Pd Ce qui donne Rdl =

Ps − Pe Pd

On arrête l’exploitation à ciel ouvert lorsque le Pr d’une tonne de minerai extraite en ciel ouvert est supérieur au prix de vente d’une tonne de minerai extraite ou traitée. Dans ce cas, la limite de rentabilité di’une mine à ciel ouvert correspond à l’égalité de ces derniers : Pt=Pv et Pe+Rd.Pd ; ce qui donne Rdl =

Pv − Pe Pd

La détermination du rapport limite de découverture nécessite des études assez complexes. Le passage de la mine à ciel ouvert à celle souterraine n’est pas du tout une simple opération.

I.3.3 tempérament C’est le rapport entre la quantité totale des matériaux excavés (stérile et minerai) exprimé en m3 et la quantité des minerais valorisables en tonnes sèches (ts) réalisée à un stade d’exploitation. Mathématiquement, le tempérament est exprimé par le rapport suivant : Te =

Qms (m3/ts) Qmv

Avec Qms : le cubage total des matériaux excavés et déplacés en m3 Qmv : le tonnage total du minerai valorisable extrait en tonnes sèches

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 24 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Graphiquement, le tempérament est représenté comme le montre la figure ci-dessous qui, en réalité, est irréalisable à cause des aléas de

M AX ET I C

Cubage total ( minerai-stérile)

la production.

Figure 11. Courbes des tempéraments

 I représente le point initial des activités  F représente

le

point

correspondant

à

un certain stade

d’exploitation ou un point final des activités d’exploitation. On remarque que le tempérament représente alors la pente ou le coefficient angulaire de la droite IF. L’expression du tempérament suppose qu’une étude préalable de teneur de coupure a été faite et cela en fonction de l’évolution des techniques de récupération et du prix du métal sur le marché considéré à long terme.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 25 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

En effet, suivant l’évolution du cours de métal sur le marché international et des techniques minéralogiques et métallurgiques de récupération, on peut soit abaisser, soit élever la teneur de coupure.  Dans la conjoncture favorable où la valeur du métal est élevée, on peut produire des concentrés à des teneurs plus basses, donc on abaisse la teneur de coupure. Ce qui entraîne généralement la réduction de la quantité des stériles enlevés et une augmentation des réserves valorisables. Dans ce cas, le tempérament est défini par la tangente tg αF’’ qui est la pente de la droite IF’’.  Dans la conjoncture qui est défavorable, il faut au contraire produire des concentrés plus riches pour que l’exploitation puisse être rentable. Donc on augmente la teneur de coupure. Ce qui entraîne normalement une diminution de la quantité du minerai valorisable et une augmentation de la quantité des stériles. Dans ce cas, le Te est défini par tg aF’ qui est la pente de la droite IF’. Compte tenu des contraintes réelles de l’exploitation on prend en considération dans le calcul du Te et du transport des produits depuis le front d’abattage jusqu’à leur point de destination, ainsi que les tonnes métal vendables, on introduit ainsi dans la formule du Te la notion des distances standards et celle de tonnes métal. On obtient la formule plus élargie du Te qui peut s’exprimer comme suite :

Te' =

m 3 km. st tonne − métal

Avec km.st : kilomètre standard N.B : la teneur de coupure est la teneur limite en dessous de laquelle le minerai n’est plus exploitable économiquement. Cette teneur est étroitement liée à la technologie utilisée pour la récupération des métaux valorisables tant au niveau de la minéralogie qu’au niveau de la métallurgie.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 26 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Le tempérament et le rapport de découverture sont liés par l’expression suivante : Sachant que Te =

V min + Vst ; avec Vmin le volume du minerai extrait et T min

Vst le volume de stérile enlevé en m3 ; et Tmin le tonnage du minerai extrait en ts. Or Rd =

Vst ; T min

Ainsi l’expression du tempérament devient : Te =

V min Vst T min Vst 1 + = + = + Rd T min T min d min .T min T min d min

On retient donc que Te =

1 + Rd d min

Avec dmin , la densité du minerai

I.3.4 Distance standard La plupart des mines à ciel ouvert évacuent leurs produits par un système pelle benne ou chargeuses bennes. Ce système est celui qui offre une grande souplesse et qui s’adapte aux conditions variées que peut connaître une exploitable à ciel ouvert. Ses avantages sont bien souvent décisifs

car d’une

manière générale, le transport constitue sur le plan économique, la plus grande partie du coût d’exploitation minière. Dans ce qui suit, nous allons nous limiter à la formulation de la distance standard, ce qui nous permettra d’avoir une base de comparaison des différentes conditions.

I.3.4.1 Définition La distance standard représente une distance fictive qu’aurait effectué une benne à une vitesse moyenne hors carrière sur un plat horizontal pendant un temps égal à la moitié du temps de cycle sur un circuit réel.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 27 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

On peut également la définir comme une mesure en carrière pour les distances parcourues par les bennes en contrôlant le rendement aussi bien de transport que celui des excavateurs des chantiers.

I.3.4.2 But de la notion de la distance standard La notion de distance standard s’est imposée suite à certaines difficultés concernant :  Les évacuations de la production  La comparaison de deux

chantiers différents ou de deux

carrières ou de deux époques différents. Ainsi, il fallait un moyen conventionnel pour :  Pouvoir uniformiser le transport dans les différents chantiers ou carrières  Pouvoir prévoir les heures bennes nécessaires pour l’évacuation d’un cubage donné.  Mieux planifier les travaux, les contrôler et les évaluer. La définition de la formule de distance standard, exprimée en m3/h est à la base de la base de la notion de la productivité exprimée en m3 km.st/h. La formule de distance standard tend à exprimer la réalité et elle doit faire l’objet d’une vérification fréquente pour couvrir les effets saisonniers et déceler les améliorations possibles telles que :  Temps d’attente  Temps de chargement  Vitesse moyenne des camions ou bennes, etc

I.3.4.3 Etablissement de la formule de distance standard Etant donnée la complexité du problème de transport et des aléas de la production, on va se limiter lors de l’établissement de la formule de distance standard aux facteurs essentiels suivants :  Le type ou l’état mécanique du camion ou benne utilisé  La composition du travail (incliné, horizontal)

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 28 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 Le type de terrain (tendre ou abattu) Par ailleurs, on doit respecter les hypothèses suivantes :  Les bennes roulent de la même façon (ce qui n’est vrai)  L’état des trajets des chantiers est bon  Le positionnement de la benne par rapport à l’excavateur est convenable  Les opérateurs des excavateurs ainsi que les chauffeurs des bennes ont les mêmes habilités. a) Profil du trajet : chantier d’exploitation/remblai

Figure 12. profil du trajet: chantier d'exploitation/ remblai

A : fond de la carrière B et D : inclinés (8% à 10 %) C : Hors carrière E : remblai b) Temps de cycle benne Ce temps est défini par : T= Tv+Tf ; Avec :  Tv : temps variable=Ta+Tr (Ta : temps aller (benne chargée) et Tr : temps retour (benne vide) et Tr : temps retour (benne vide)  Tf : Temps fixe qui est défini par : Tf = tma + tatt + tc + tmc + td + t ' mrg + t ' mvt ; Avec :

• tma : temps de manœuvre sur chantier • Tatt : temps d’attente à la pelle • Tc : temps de chargement du camion

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 29 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Tmc : temps de manœuvre de déversement sur remblai • Td : temps de déversement ou de déchargement • T’mrg : temps de ravitaillement en gasoil rapporté au temps de cycle de la benne sans attente à la pelle • T’mvt : temps de la visite d’une benne rapporté au temps de cycle de la benne sans attente à la pelle. c) Vitesse moyenne de la benne Connaissant la distance de chaque troncon parcouru par les bennes

ainsi

que

le

temps

nécessaire

pour

parcourir

cette

distance(déterminer par…………………………………………………. 1. sur l’incliné : le temps ti pour parcourir la distance Di sur l’incliné à la vitesse Vi est donné

par : ti =

Di . La Vi

distance standard sur l’incliné vaut : Dst.i = ti.Vh =

Di Vh . Vi

L’accroissement unitaire par rapport à la dénivellation ∆v en prenant en considération la pente p exprimé en % est donné par :

ε I' =

εI p

=

1 Vh ( − 1) p Vi

Figure 13. Profil du trajet sur incliné

Dsti = Di + ε I' Dv

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 30 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. Sur le remblai : sur le remblai, le temps pour parcourir la distance Dr à la vitesse Vr est donné par : tr = distance standard pour le remblai vaut : Dst.r =  L’accroissement absolu ∆R =

Dr . La Vr

Dr Vh . Vr

Dr Vh Vh − Dr = Dr ( − 1) Vr Vr

 L’accroissement unitaire : ε r =

∆R Vh = −1. Dr Vr

 D’où Dst.r = Dr ¨+ε r Dr 3. Hors carrière Le temps th pour parcourir la distance Dh hors carrière à la vitesse Vh est donné par : th = hors carrière vaut : Dst.h =

Dh . La distance standard Vh

Dh Vh = Dh Vh

La distance standard vaut : Dst = Df + ε f D f + ε I' + ε r Dr + K

Avec  Df : distance horizontale au fond de la carrière dont la valeur ne peut excéder 200 m. on suppose que l’excédant est une bonne piste et la benne peut rouler à la vitesse Vh  Dv : distance correspondant à la dénivellation entre le point de chargement et de déchargement  Dr : la distance horizontale sur le remblai dont la valeur ne peut excéder 200 m. on suppose que l’excédant est une bonne piste et que la benne peut rouler à la vitesse Vh  K : terme représentant une distance fictive correspondant au temps fixe Tf que l’on calcule par l’expression suivante : K=

Tf .Vh . Le terme K est variable suivant : 2

o Le mode de chargement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 31 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

o La nature des terrains chargés o D’autres facteurs tels que la pluie, le mauvais état de chantier ou du remblai, route glissante… Calcul du terme T’mrg Le temps moyen de ravitaillement en gasoil Tmrg se calcule par l’expression suivante : Tmrg =

Trg .n (s/h), Hth

Avec  Trg : Temps de ravitaillement en seconde et n le nombre de fois que la benne passe au ravitaillement en une journée.  Hth : heures théoriques de travail d’une benne par jour Le temps moyen de ravitaillement en gasoil T’mrg rapporté au temps de cycle en minutes de la benne sans attente à la pelle est calculé par l’expression suivante : T ' mrg =

Tmrg Dcy (s/cycle benne) 60

Avec Dcy : durée du cycle de la benne sans attente à la pelle en minute. Calcul de T’mvt le temps moyen de visite d’une benne par heure se calcule par : T ' mvt =

Tvt n (s/cycle benne) Hth

avec  Tvt : temps de visite d’une benne en s  n le nombre de visite par jour le temps moyen de la visite d’une benne T’mvt rapporté au temps de cycle de la benne en minutes sans attente de la benne à la pelle est calculé par l’expression suivante : T ' mvt =

Tmvt Dcy s/cycle benne 60

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 32 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

I.3.4.4

Détermination de la distance standard d’une carrière

Elle se détermine de la manière suivante :  l’on détermine la distance de chaque trajet par l’application de la formule générale de la distance standard  connaissant le cubage à transporter sur chaque trajet, on calcule pour ce dernier le m3 km.st  on fait la sommation des m3 km.st de l’ensemble des trajets de la carrière pour une période bien déterminée.  Enfin, on détermine la distance standard de la carrière en divisant le total de m3 km.st de la carrière par le cubage planifié durant une période bien déterminée (cela peut être un mois, un trimestre, un semestre, une année…) Nous avons la formule :

∑ in=1 m i3 km .st i Dst i = Cp Avec :  Dsti : la distance de la carrière en km.st  n : le nombre de trajets de la carrière  m3i : le cubage à transporter par trajet i  km.st i : la distance standard du trajet i  Cp : cubage planifié de la carrière pour une période déterminée. Remarque Dans les mines à ciel ouvert de la GCM, on utilise les formules suivantes pour le calcul de la distance standards : Dst = Dh + 10 Dv + 500m (Traction électrique) Dst = Dh + 5 Dv + 175m (Traction électrique) Dst = Dh + 11,6 Dv + 1,455 Dr + 0,35 Df Nouvelle formule

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 33 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

A la Minière de Bakwanga (MIBA), on utilise les formules suivantes : Dst = Dh + 27,88 Dv + 1,21Df + 0,5 Dr + K

Avec K=1190 m (pour la pelle DEMAG)

I.3.5 Séquences d’exploitation, avance et retard en découverture Il est très indispensable de représenter graphiquement la séquence d’exploitation par le lieu géométrique des points représentant les états de la carrière par lesquels l’évolution du profil s’appuie en se développant dans l’espace. A l’intérieur d’une même cavité minière, il existe une infinité de séquences d’exploitation tendant vers le profil résiduel (ultime). De ce fait, il est d’une importance capitale de choisir la meilleure évolution possible, c’est-à-dire la séquence d’exploitation rationnelle. L’ensemble des points d’un plan étant isomorphe, nous serions donc amenés à représenter un état de la carrière par un point du plan dont les composantes sont : • Le cubage total (stérile et minerai) circonscrit par un état de la carrière en ordonnée • Le tonnage de minerai circonscrit par cet état de la carrière en abscisses Comme

il

existe

une

infinité

de

profils

ou

séquences

d’exploitation permettant d’extraire en y années x tonnes sèches de minerai, nous considérons par exemple deux carrières afin d’étudier l’avance et le retard en découverture.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 34 sur 254

M AX ET I C

Cubage total ( minerai-stérile)

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La première carrière qui extrait x tonnes sèches de minerai avec un minimum de cubage

total et dont l’évolution est représentée sur la

figure ci-dessus par la droite IR. Cette carrière est caractérisée par un tempérament partiel qui est la pente de la droite IR. La deuxième carrière qui extrait x tonnes sèches de minerai avec un grand cubage total (stérile et minerai) et dont l’évolution est représentée par la droite IA ; cette dernière est caractérisée par un tempérament partiel qui est la pente de la droite IA. L’évolution de la carrière suivant la droite IR se fait avec retard en découverture par rapport aux objectifs M et F. Tandis que l’évolution de la carrière suivant la droite IA se fait avec avance en découverture pour les même objectifs. Entre les points initial et final, il existe une infinité de séquences d’exploitation dont toutes les courbes représentatives aboutissent au même point final F.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 35 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

L’enveloppe de toutes les courbes situées à droites et en bas de la droite

IF

est

appelée

courbe

d’exploitation

à

tempérament

instantané minimum (CETIMIN). Dans cette séquence d’exploitation théorique, on cherche donc à chaque moment tout au long de la vie de la carrière à effectuer un terrassement marginal à un taux de tempérament minimum. Il est évident qu’un projet d’exploitation d’une carrière ne peut être basé sur une CETIMIN. La zone en dessous de la CETIMIN est la zone d’épuisement des minerais découverts dans les limites du champ minier avec comme conséquence l’arrêt d’extraction des minerais tout venant. La zone entre la droite IF et la CETIMIN est une zone d’extraction excessive avec la constitution des remblais en minerai tout venant

par dépassement dans la plupart des cas de la capacité de

l’alimentation de l’usine de traitement. Financièrement

parlant,

la

stratégie

IR

correspond

à

un

investissement réduit à court et à moyen terme du fait que le prix des engins miniers à la disposition de l’exploitation (engins d’excavation, de chargement, de foration, de transport et de terrassement) est moins important dans l’évolution IA avant sa découverture. En ce qui concerne le long terme, un financement important est exigé et avec comme conséquence un suréquipement à la fin de la durée de la vie de la carrière (non amortissement complet des engins des engins). Cette stratégie ne met nullement l’exploitant à l’abri des impondérables pouvant surgir tout au long de la durée d’exploitation de la carrière. L’enveloppe de toutes les courbes en haut et à gauche de la droite

IF

est

appelée

courbe

d’exploitation

à

tempérament

instantané maximum (CETIMAX). Dans cette séquence d’exploitation théorique, on cherche donc à chaque moment tout au long de la vie de la carrière à effectuer un tempérament à un taux de découverture maximum. La zone entre la droite IF et la CETIMAX

conduit

à

la

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 36 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

rupture des alimentations en minerai des remblais et des usines de traitement dans le cas d’une seule carrière. Tandis que la zone au-delà de la CETIMAX est une zone d’excavation excessive des stériles avec comme conséquence l’arrêt d’extraction des minerais tout venant. Ainsi donc, on doit prévoir une avance en découverture permettant : • De régulariser le cubage total annuel à déplacer • De se prémunir contre les événements imprévus • De ne pas modifier fréquemment la composition du parc de matériel en faisant varier chaque année les tempéraments avec comme conséquence le suréquipement au stade final de l’exploitation de la carrière. Enfin, on peut conclure que l’accumulation des retards en découverture et leur report à plus tard ne font que reporter à une période à venir tous les efforts et tous les investissements qu’il faudra répartir judicieusement dans le temps.

I.3.6 Principales opérations technologiques Une entreprise autonome dans le cadre duquel se réalise l’exploitation à ciel ouvert porte le nom de carrière ou découverte ou mine à ciel ouvert. Dans l’ensemble des travaux miniers d’une carrière, on distingue quatre opérations technologiques principales : • L’abattage (avec ou sans explosifs selon la nature de la roche) • Le chargement des produits • Le transport • La constitution des terrils (ceux-ci peuvent être intérieurs ou extérieurs) ainsi que la constitution des remblais en minerai.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 37 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Outre ces quatre opérations technologiques principales, nous pouvons aussi parler de l’exhaure, de la stabilité des talus et des travaux de terrassement. Pour les terrils extérieurs, on utilise les moyens de transport adaptés (bennes, locomotives et wagons). Dans les régions plates, on incline les voies en les installant sur les remblais dont la hauteur augmente progressivement, parfois on utilise le relief de la région (ravins, dépressions…). Les terrils intérieurs se font sans moyen de transport en jetant le stérile dans les vides crées par l’exploitation ; cette opération appelée transfert

se

fait

par

des

pelles

mécaniques

et

draglines

de

découverture, ponts de transfert et sauterelles. Qu’il soit intérieurs ou extérieurs, les terrils ont soit un seul ou soit plusieurs gradins pouvant s’étendre par déplacement soit parallèle, soit en éventail, soit en anneaux.

Figure 14. Extension en parallèle

Figure 15. Extension en éventail

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 38 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Figure 16. Extension en anneau

En mines à ciel ouvert, il existe deux schémas types des quatre opérations technologiques selon qu’on se trouve dans les roches dures ou dans les tendres. 1. dans les roches dures

Abattage

Chargement

Foration et minage

• •

Excavateur à godet unique Chargeuse frontale Concasseur

Transport

Mise en terril & constitution des remblais en minerai

Locomotive et wagons

Charrues

Camions

convoyeur

Bulldozers

Stackers, sauterelle

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 39 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. dans les roches tendres

Abattage et chargement

Transport

Excavateur à godet unique

Excavateur à godets multiples

Camions

Locos & wagons

• Sauterelles • Convoyeurs • Ponts de transfert

Mise en terril & constitution des remblais à minerais

Monitors

Pompage

Sauterelles

Charrues

Bulldozers

Stackers ou rembalyeur

I.3.7 Dispache I.3.7.1 Définition et rôles Le mot « dispatche » est un mot d’origine anglaise qui signifie expédition. Tandis que le dispatching est défini comme un centre de commande qui assure le trafic jouant un grand rôle dans l’exploitation. Tout dispatching minier a pour objectif d’utiliser au mieux les moyens de production. Dans une mine à ciel ouvert, le dispatche doit permettre de o faire respecter le programme de production par une répartition intelligente du matériel (moyens de production) o faire ressortir les causes de chômage et toutes sortes d’anomalies en vue d’améliorer le taux d’utilisation des engins Le dispatche a comme rôle : o assurer

la

chargeuses

gestion

des

frontales,

engins

scraper

d’exploitation à

roues,

(pelles,

sondeuses,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 40 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

bulldozer, niveleuses ou graders, des camions-bennes, des convoyeurs à bandes, des locomotives…) et du personnel (situation des chauffeurs, des conducteurs des engins miniers, des opérateurs pelles). Le dispatche permet également de constituer un pont entre les différents services

de

maintenance

(suivie

des

pannes

et

réorganisation de la planification). o Contrôler les entrées des engins miniers sur le chantier, ainsi que leurs sorties vis-à-vis de la maintenance o Régulariser les alimentations des usines de traitement (laverie, concentrateur…) sur base des teneurs renseignées sur différents remblais en minerais ou différents fronts d’attaque. o Planifier la production selon les objectifs à atteindre (organisation des chantiers sur base des performances des engins

d’exploitation,

exploitation

selon

les

priorités

fixées…) o Pour mieux utiliser les moyens de production dans une mine à ciel ouvert, le dispatche peut englober en son sein des services suivants : o Affectation des engins miniers ainsi que leur suivie o Voie fixe (pose des rails et entretien des voies ferrées) o Transport du personnel o Ravitaillement en carburant de chaque type d’engin o Reprise des remblais en minerais o Service de transport par courroie

I.3.7.2 Différents types de dispatche A. Dispatche non informatisé : il s’agit du dispatche non assisté par ordinateur. Pour arriver à coordonner les différents services, le dispatche est muni de radios sous

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 41 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

différentes fréquences qui établissent une communication continue entre les différents opérateurs. Lors de l’utilisation du dispatche non informatisé, il a été mis en évidence les faits suivants : A. des

informations

transmises

dans

le

système sont souvent : o peu fiables o fausses ou partielles o discontinues o sujettes

à

des

rectifications

impossibles o dépendantes niveau

de

l’humeur

intellectuel

émetteur

et

de

(dispacheur,

du

l’agent

conducteur

benne, opérateur pelle…) B. le

travail

s’effectue

avec

beaucoup

d’incertitudes et une décision à prendre est difficilement justifiée C. l’intervention des exploitants sur chantier est tardive en cas de chute de rendement D. l’erreur dans le calcul du rendement et les heures

d’utilisation

des

engins

sur

chantier et leur mise en disposition B. Dispatche

informatisé :

la

conception

du

système

informatisé sera basée autour de trois modèles distincts : 1. modèle semi automatique : il s’agit d’un système dont les données à informatiser, essentiellement les voyages bennes ou voyages locomotives sont introduites à l’ordinateur par le dispacheur via communication radios. Le traitement se fera automatiquement par l’ordinateur qui, en retour,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 42 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

calcule,

analyse,

décide

l’affectation

de

l’unité

de

transport(benne, locomotive et wagons…) à l’excavateur et en cas d’anomalie, l’ordinateur renvoie des messages appropriés qui permettent au dispacheur de réorganiser le dispatching. Ce système ne permet pas d’identifier et localiser les unités de transport. L’équipement minimum comprend : a. mini ordinateur b. terminal à chaque sortie des carrières c. poteau télé indicateur. i. Le principe de fonctionnement est le suivant : à la sortie de la carrière se trouve un dispacheur qui

signale

le

mouvement

des

unités

de

transport à l’ordinateur installé au dispatche à l’aide des touches d’un terminal. Quand une benne chargée quitte la carrière vers un remblai en minerai ou stérile, au retour le chauffeur benne lira à l’entrée de la carrière sur un poteau télé

indicateur

sa

nouvelle

affectation.

L’inconvénient du système est que l’information reçue au dispatche n’est pas toujours fiable. L’avantage est que l’affectation des bennes est optimisée. 2. Modèle semi-automatique amélioré : ce système est basé autour

d’un

micro-ordinateur

et

des

systèmes

de

transmission montés sur les bennes, les données sont fournies directement à l’ordinateur par le système de transmission monté sur les bennes en passant par une station relais compte tenu de la configuration de la ou des carrières. Les données transmises à l’ordinateur sont

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 43 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

traitées automatiquement. En cas d’anomalie, l’ordinateur informe le dispacheur qui,

par le moyen manuel (radios,

phonie) informe le chauffeur de la benne. La circulation des informations sera automatique entre les unités de transport et l’unité de traitement, par contre les décisions seront données manuellement. 3. Modèle full automatique 1)

Objectif du modèle : il s’agit de l’intégration totale de toutes les opérations de dispatching et surtout des opérations minières liées à l’exploitation. Un procédé automatique s’avère une nécessité surtout dans le cas de plusieurs carrières étant donné que le nombre d’unités de transport et d’excavateurs mis en exploitation amène un débit de message radios tel qu’il est impossible au dispacheur d’informer l’ordinateur rapidement de nouvelles situations. D’où ce dernier n’aura donc pas choisi la solution optimale. Le système full automatique reste donc un système idéal pour les opérations complexes de grandes carrières. A part l’objectif principal de tout dispache d’utiliser au mieux les moyens de production, le dispatche full automatique vise la maximisation de la production par optimisation des affectations des bennes sur différents chantiers, d’où l’augmentation du taux d’utilisation des bennes. Cette augmentation est tributaire : 1) de l’utilisation des engins de transport ayant plus ou moins la même capacité de transport (standardisation de la flotte des bennes) 2) du matériel de localisation automatique des engins de transport 3) du nombre de pistes assez grand pour permettre une optimisation aisée des affectations des bennes.

La

répartition convenable des engins de transports fera

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 44 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

accroître

la

production

journalière

et,

partant

la

production annuelle. On peut arriver à cette amélioration par : o

la diminution des temps d’attente

o

la répartition optimale des unités de transport

o

les services constants des engins

o

la réorganisation rapide des chantiers en cas d’incident

2)

Principe du modèle full automatique : dans ce modèle,

toutes les opérations sont conduites automatiquement : 1)

les données sont transmises directement à l’ordinateur par système informatique (capteur et convertisseur) monté sur les engins

2)

l’unité de traitement analyse les données et prend immédiatement les décisions qui sont alors transmises à l’engin suivant le même processus

3)

les messages à fournir aux conducteurs des engins seront soient affichés sur les écrans lumineux, soient par synthèse vocal traduit directement en messages vocaux. Ce système est plus rationnel mais le plus coûteux

3)

Grandes subdivisions du dispatche informatisé full automatique : ce type de dispatche est subdivisé en trois grandes parties : 1)

une

localisation

et

une

identification

automatique des engins de transport (bennes et pelles essentiellement) 2)

une communication par radio, station relais et signaux codés entre le dispatche et les différents opérateurs

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 45 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

3)

un ordinateur qui, ayant reçu des informations en temps réel, calcule, analyse et optimise l’affectation

des

unités

de

transport.

L’ordinateur fait intervenir des facteurs tels que les disponibilités des engins et les états des pistes 4)

Equipement minimum requis pour le dispatche informatisé full automatique : Nous citons uniquement les composants du système en montrant leurs fonctions respectives : 1. Ordinateur : il est placé au dispatche. Il calcule et

décide sur base d’un programme préétabli, adapté aux besoins et aux caractères particuliers de la carrière. 2. Périphériques : ce sont des équipements installés à la tour de contrôle et reliés à l’ordinateur par câbles téléphériques (aériens) ou souterraines. Ces périphériques consistent essentiellement en trois écrans : • un écran où le dispacheur surveille les déplacements des bennes matérialisés par des points lumineux, colorés et codés • un deuxième écran où le dispacheur fait appel pour des renseignements tels que : o production horaire des chantiers o consommation en carburants o rendement des pelles et bennes. Dans tous les cas, c’est le computer

qui

établit

les

décisions

liées

à

des

renseignements en temps réels à base desquels les bennes se déplacent • un troisième écran où est affiché le journal des décisions du dispacheur

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 46 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

3. Microprocesseurs : ils sont installés au broyage, dans les bennes, dans les pelles, dans les balises, au dispatche. Ils facilitent la liaison entre computer et système radios 4. Radios : ils sont placés dans les cabines des bennes, des pelles et à l’usine de traitement. Ces derniers sont munis en plus de microprocesseurs, des consols et écrans qui facilitent la transmission et la réception des instructions. Une antenne réceptrice placée à un point culminant facilite la transmission des signaux 5. Balises Beacon : ce sont des appareils placés aux endroits stratégiques tels qu’à la pelle, à l’entrée de l’usine de traitement, le long des routes… Leur rayon d’action varie entre 25 et 50 m. Comme rôle, chaque balise de courant faible émet une onde de rayon d’action faible (50 m) (des codes spécifiques de façon périodique) lorsque une benne passe dans le voisinage immédiat. Cette dernière capte l’onde et transmet un signal bien particulier que l’ordinateur localise via l’antenne réceptrice. C’est ainsi que se passe la localisation et l’identification des engins en déplacement. 5) Avantages du système informatisé full automatique : 1) Optimisation des affectations des bennes 2) Minimisation des attentes bennes 3) Baisse de chômage des camions-bennes 4) Réduction de la main d’œuvre au dispatche 5) Augmentation de rendement des bennes car le cycle de la benne devra satisfaire les besoins de deux pelles ou plus, en minimisant les trajets à vide 6) Informations transmises au dispatche sont exactes, car elles ne sont nullement influencées par l’humeur des travailleurs

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 47 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

7) Par

son

principe

de

fonctionnement,

le

dispatche

informatisé full automatique permet de réduire le nombre de bennes calculé en théorie 6) Inconvénients du système informatisé full automatique 1) Le coût d’acquisition des matériels est élevé 2) Difficulté de transmission des ondes par suite de leurs interférences.

Ces

dernières

pouvant

aboutir

à

la

destruction du message émis par les balises 3) Adaptation relativement difficile aux mauvaises conditions de transport sur piste

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 48 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP II

PREPARATION DU CHAMP MINIER

II.1 Généralités Dans l’ensemble des travaux préparatoires précédents l’ouverture et l’exploitation à ciel ouvert, on distingue les étapes suivantes :

II.1.1 Première étape Elle consiste à l’enlèvement de tous les obstacles aussi bien du genre naturel qu’artificiel qui s’opposent à l’exécution des travaux miniers dans l’enceinte ou dans le champ de l’exploitation à ciel ouvert. Il s’agit : • De l’assèchement des marécages et du détournement des cours d’eau • De l’enlèvement ou déplacement des bâtiments industriels • Du transfert des routes principales, des voies ferrées… • Du nivelage de la surface du sol… Certains travaux posent des problèmes extrêmement sérieux tels que : • Détournement des cours d’eau • Déplacement des installations industrielles • Transfert des voies ferrées et des routes principales

II.1.2 deuxième étape Elle consiste à l’assèchement du champ minier de la mine à ciel ouvert ou de la carrière et la prise des mesures contre les venues d’eaux météoriques et souterraines. On distingue d’une part l’assèchement préalable du champ minier devançant l’ouverture d’une mine à ciel ouvert sur une période

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 49 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

de deux à trois ans, et d’autre part le drainage courant destiné à évacuer les eaux de surface et souterraines durant l’exploitation proprement dite. Les travaux de la deuxième étape exigent souvent la réalisation des forages de reconnaissance, des tranchées drainant, des drains horizontaux, des tunnels d’évacuation et quelques fois un réseau de galeries souterraines sous le gisement. L’assèchement préalable, aussi bien que le drainage courant peuvent être réalisés de manière tout à fait différente, ce qui dépeint des conditions telles que : • La profondeur et le nombre de nappes aquifères dans les régions exploitées • L’intensité de l’écoulement naturel des eaux filtrantes des formations aquifères • Du relief du terrain

II.2 Problèmes de l’exhaure en mines à ciel ouvert II.2.1 Généralités 1) Définition de l’exhaure : l’exhaure ou l’épuisement des eaux d’une mine à ciel ouvert ou souterraine est l’action de refouler vers la surface les eaux d’infiltration et souterraines retenues dans les roches et mises en évidence au cours d’exécution des travaux d’exploitation, ainsi que la totalité des mesures préventives et passives de protection contre les noyades de la mine. 2) Objectifs d’emploi d’un système d’exhaure : l’emploi d’un système d’exhaure a pour objectifs : a. Exploiter le plus possible dans le sec pour des raisons suivantes :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 50 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

i. Les engins miniers sont conçus pour la portance dans les roches plastiques et sèches ii. Pour la tenue des pistes et la traction des engins de transport sur roue b. Stabiliser le talus des gradins par des moyens suivants : i. Soit en dégonflant les pressions interstitielles qui provoquent

des

éboulements

se

déclenchant

subitement sans avertissement ii. Soit en employant l’une des méthodes de drainage (puisard, tranchées drainant, fossés d’écoulement, des drains horizontaux, puits filtrants et galeries souterraines de drainage) choisies selon des venues d’eau.

3) eaux interférant avec l’exploitation de carrière et leur système d’évacuation a) Eaux de pluie Aux alentours de la carrière, un système de tranchées drainant devra intercepter les eaux ruissellent vers la carrière. Faisons remarquer que le coefficient de ruissellement égale l’unité pour les aires exploitées (remblais, routes…), tandis que il vaut 20 % pour les aires avec végétations. A l’intérieur de la carrière, un système de drainage de la surface libre (fossés d’écoulement) conduisant les eaux vers le puisard devra être capable d’absorber une averse d’au moins 60 mm suivie de six jours relativement secs. Ce qui est nécessaire est de connaître la quantité totale d’eau de pluie à évacuer durant la saison de pluie. Les exploitants peuvent dimensionner le puisard et faire le choix sur le type de pompe à installer. Le volume d’eau à évacuer peut être calculé par les formules suivantes : V = S .He (m3/an) ; avec :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 51 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• V : le volume d’eau à évacuer annuellement en m3/an • S : la superficie du bassin versant dans le champ minier en m2 • He : la pluviométrie annuelle ou hauteur moyenne d’eau de pluie tombée annuellement en m/an Faisons remarquer que 40 cl d’eau recueillis correspond à 10 mm de pluie tombée b) Eaux des lacs et cours d’eau Si les eaux des lacs et des cours d’eau se trouvent à proximité de la carrière et si les roches et/ou le sol entre ces lacs et cours d’eau et la carrière sont perméables, il y aura infiltration directe vers la carrière. On peut apporter une solution à cette situation • Soit en détournant le cours d’eau • Soit en déplaçant le lac • Soit en revêtant leur fond • Soit en vidant les cours d’eau Si les lacs et les cours d’eau sont éloignés de la carrière sur une nappe phréatique ou sur une couche perméable débouchant dans cette dernière, il réalimentent la nappe phréatique au fur et à mesure que celle-ci se décharge dans la carrière. On palie à cette situation en implantant un système de pompage par puits filtrant à l’extérieur du champ minier. c) les eaux souterraines Elles se trouvent sous deux conditions : 1. soit des poches enfermées dans les formations imperméables (roches granuleuses, sableuses et isolées). Il s’agit d’eaux fossiles. Ces poches sont percées soit par le trafic des unités de transport qui passe dessus, soit par le godet de l’excavateur lors de l’excavation. Cette eau devra être évacuée par le système de drainage de la surface des mines à ciel ouvert et des carrières

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 52 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. soit la porosité des roches et des réseaux des failles et des cassures en communication avec la carrière, facilitant les venues d’eau dans la carrière avec divers réservoirs aquifères. Il faudra intercepter cette eau par un système de forage de reconnaissance et de puits filtrants avant qu’elles ne débouchent dans la carrière, ce qui n’est pas toujours facile.

II.2.3 Drainage à la surface Lorsque la nappe aquifère se trouve à faible profondeur, environ 10 m), l’exhaure peut se faire comme suit : on creuse généralement les tranchées drainant afin d’éviter les venues d’eau météorique et de protéger en même temps le champ minier de la carrière contre la pénétration des eaux souterraines. On choisit l’emplacement des tranchées de façon à environner la carrière de trois côtés. L’évacuation des eaux en dehors de la carrière se fait par gravité au moyen d’une pente convenable de la tranchée drainant. En ce qui concerne les puits filtrant, pour autant que la nappe phréatique ne se trouvent pas à une profondeur supérieure à 7 ou 8 m sous le niveau où les pompes peuvent être installées, on peut 1. soit utiliser un grand nombre de trous de petit diamètre appelés wills, points foncés par injection, branchés sur une batterie de pompe aspirante.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 53 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. soit utiliser un petit nombre de trous de grand diamètre au fond desquels sont placés des pompes immergées refoulantes. Lorsque le niveau hydrostatique se trouve à

une grande

profondeur (plus de 100 m), il faut garantir la stabilité des talus d’exploitation en faisant descendre le niveau hydrostatique en dessous du niveau d’exploitation le plus profond. L’abaissement nécessaire se fait actuellement dans les mines à ciel ouvert profonds par des puits filtrants ( diamètre variant de 2 à 2,5 m) qui peuvent atteindre 500 m de profondeur et à l’intérieur desquels sont placés des pompes immergées dont les débits atteignent 15 à 32 m3 par minutes. C’est le cas des mines de lignite de Rhénanie (Allemagne) qui suite à l’approfondissement, la quantité d’eau exhaurée est passée de 15 m3/tonne alors qu’au début de leur exploitation, il fallait seulement exhaurée 1 m3 / tonne de lignite. Les puits filtrants peuvent être installés soit à l’intérieur du champ minier, soit à l’extérieur le long du contour du champ minier sur une ou plusieurs rangées. L’écartement entre les rangées dépend généralement

des

caractères

hydrogéologiques

et

du

degré

d’assèchement. Sur la figure ci-dessous, nous donnons la disposition des trous filtrants pour le rabattement de la nappe aquifère dans une exploitation à ciel ouvert.

Figure 17. Rabattement de la nappa aquifère en exploitation en ciel ouvert

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 54 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• 1 : sens de la progression d’abattage • 2 : niveau de la nappe aquifère avant l’exploitation • 3 : niveau d’eau dans les puits filtrants • 4 : pompes immergées • 5 : niveau de la nappe rabattue • 6 : puits filtrants forés à partir des niveaux des différents gradins • 7 : puits filtrants en avant d’exploitation On remarque que les pompes immergées sont suspendues à des profondeurs croissantes à mesure de rabattement qui suit le fond des gradins en maintenant toujours une hauteur de sécurité./*/*/ Finalement, le fonctionnement des pompes placées dans le puits filtrant contribue au rabattement de la nappe aquifère. Le puits filtrant implanté à l’intérieur du champ minier au fur et à mesure de l’avancement et de l’approfondissement de la carrière présente les avantages suivants : 1. suivant le pendage du gisement et la structure du fond (perméable ou non), les forages pour puits filtrant intérieur sont relativement peu profond 2. la solution implique moins de risques d’une grosse erreur si on ne connaît que mal le contexte hydrogéologique de la carrière 3. la capacité de pompage à installer est éventuellement moindre Par contre, cette solution a comme inconvénients : 1. infrastructure complexe et chère (tous les forages pour puits filtrants ne peuvent être réalisés en même temps) 2. il

faut

ménager

un

accès

à

l’endroit

prévu

pour

l’implantation du puits, ce qui augmente le cubage des stériles à excaver

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 55 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les puits filtrants implanté à l’extérieur du champ minier présente les avantages suivants : 1. infrastructure simplifiée 2. Réserves importantes des rabattements de la nappe phréatique permettant d’assurer d’extraction des réserves normatives des minerais durant une période assez longue tout en préparant de nouveaux fronts d’exploitations 3. soulagement réciproque lorsque plusieurs carrières sont à excaver dans la même nappe phréatique l’une à proximité de l’autre (nappe phréatique d’une étendue infinie et réalimentable) 4. effet

optimum

sur

la

stabilité

des

gradins,

donc

éventuellement la réduction du cubage à excaver et écoulement dangereux Par contre ces puits filtrants ont comme inconvénients : 1. La capacité de pompage à installer supérieure à la disposition des puits filtrants implantés à l’intérieur du champ minier 2. les forages pour puits filtrants sont plus profonds, donc plus coûteux. Le choix du type de pompe peut être guidé, à part le débit de la pompe et ses courbes caractéristiques, par certains critères tels que : • la difficulté lors de la pose et la dépose (la durée de l’opération, le type d’engins de manutention… • les problématiques du point de vue alimentation électrique et démarrage si l’installation n’est pas fixe • la sensibilité au minage • le déficit de pompage (en %) en cas d’une panne de l’une des pompes immergées dans le puits filtrants

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 56 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

D’autres part pour établir le talus, on utilise des drains horizontaux qui sont des sondages creusés dans les talus avec une certaine pente pour canaliser les eaux des talus vers les puisards de la carrière.

II.2.3 Drainage souterrain Lorsque la venue d’eau est normale, l’eau s’infiltre dans les galeries souterraines sous forme de gouttes séparées ou de filets plus ou moins importants et est ensuite dirigée vers les caniveaux, vers les puisards (décanteurs) situés à proximité du puits d’écoulements ou vers l’orifice de la galerie au jour. Finalement l’eau est pompée soit dans les puits d’écoulement, soit par la pompe sur le radeau dans les puisards de la carrière. Pour augmenter l’efficacité du drainage souterrain, on procède souvent à l’assèchement des formations aquifères situées à proximité des galeries de drainage. Schéma de drainage souterrain

Puits d’électricité

Puisard

Galerie au jour

Décanteur

Gisement

Figure 18. Schéma de drainage souterrain

Galerie de drainage souterrain

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 57 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

1. Importance du drainage souterrain : le creusement d’un réseau de galeries souterraines de drainage a l’avantage de servir aux travaux de reconnaissance supplémentaires. Ce qui est d’une grande importance notamment dans le cas d’une configuration compliquée du gisement. Son inconvénient réside dans l’accroissement considérable des investissements 2. Moyens utilisés pour rendre le drainage souterrain efficace : pour augmenter l’efficacité de drainage souterrain, on procède souvent à l’assèchement des formations aquifères situées à proximité des galeries de drainage. Dans ce but, on utilise des moyens supplémentaires suivants : a. Utilisations des filtres : on distingue deux méthodes d’utilisation des filtres spéciaux visant à assurer le drainage et portant le nom de filtrage ouvert i.

Dans la première méthode, il s’agit des filtres enfouis que l’on fixe dans les trous forés à partir d’une galerie de drainage en montant ou faiblement inclinée. Chaque filtre représente un complexe de tubes perforés dont la longueur ne dépasse pas 15 m et le diamètre varie entre 65 à 100 mm. Leur débit horaire est de l’ordre de 55 à 70 m3

ii.

Dans la seconde méthode, il consiste à creuser des puits filtrants profonds à travers toutes les formations aquifères à partir de la surface du sol jusqu’à la hauteur des trous où sont installés des filtres enfouis. Le creusement se fait d’une façon générale décrite brièvement ci-dessus. La différence consiste dans le mode d’évacuation des eaux souterraines

dont

l’écoulement

jusqu’aux

galeries

de

drainage se fait par gravité sans recourir au système de pompage. On utilise cette méthode de drainage là où les

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 58 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

formations aquifères se trouvent à grande hauteur au dessus des galeries de drainage. b. Utilisation des pompes ordinaires : lorsque les eaux souterraines se trouvent à faible profondeur dans les roches susjacentes des galeries de drainage, elles peuvent être évacuées par les pompes ordinaires dont les clapets sont placés dans les puits de drainage boisés peu profond. La section transversale d’un tel puits de drainage est de 3 m2. La distance entre les puits voisins dans une galerie de drainage peut atteindre 100 à 150 m.

II.2.4 Drainage mixte Dans les conditions hydrogéologiques difficiles, on utilise une méthode de drainage qui représente un complexe de puits filtrants avec

ou

sans

pompage,

de

galeries

souterraines

de

drainage

accompagnés soit des filtres spéciaux, soit des pompes ordinaires des puits d’écoulements.

II.2.5 Surveillance du sol Lorsque les mines à ciel ouvert sont profondes, l’influence du rabattement de la nappe aquifère se fait sentir à très grande distance de l’exploitation, 15 km et plus. Il est donc indispensable d’effectuer régulièrement des mesures de nivellement pour suivre l’affaissement éventuel du sol, des maisons et des monuments dans les zones qui peuvent être affectées. Les puits de captage d’eau utilisés éventuellement par les habitants de la région devront faire l’objet d’une attention particulière. Leur tarissement nécessitera peut être un approvisionnement en eau d’appoint de la part de la société pendant la durée d’exploitation.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 59 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP III ACCES AU GISEMENT III.1 Généralités A ciel tranchée. La

ouvert, l’une des formes principales d’excavation est la tranchée quelconque est un ouvrage de section

trapézoïdale limitée par ses parois inclinées et à sa partie inférieure par son front. La longueur de la tranchée est plus importante que sa profondeur et sa largeur. Dans le plan, l’axe longitudinal d’une tranchée est appelée trace et peut se présenter sous forme d’une droite ou d’une courbe de rayon déterminé dont la longueur dépend des moyens de transport utilisés. Le choix du procédé de creusement des tranchées dépend : • Des dimensions de la section transversale des tranchées • Du relief de la région • De la possibilité de placer des déblais (morts terrains) excavés lors du creusement des tranchées sur les bords de ces derniers • Du type et des caractéristiques des excavateurs utilisés Suivant la position du fond, on distingue : • Des tranchées inclinées (tranchées d’accès ou tranchées principales) • Des tranchées horizontales ou tranchées de découpage a) Tranchées

inclinés

ou

tranchées

principales :

ces

tranchées sont des ouvrages de section trapézoïdale et ont un profil longitudinal et transversal particulier. Elles donnent accès au gisement, permettent d’obtenir le front unilatéral de travail et assurent le transport des produits. Elles se conservent longtemps ou pendant toute la durée d’exploitation et peuvent être soit en dehors, soit à l’intérieur du champ minier. Si elles sont destinées au transport par engins à roues, on les appelle les tranchées d’accès, leur pente moyenne est généralement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 60 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

inférieure à 10 %. Lorsqu’elles sont destinées à l’installation d’élévateur (skips ou convoyeurs), leur pente est forte et on les appelle alors tranchée ou pente raide. Les tranchées d’accès sont des prolongements des gradins des tranchées principales. 1. tranchées extérieurs : ces tranchées ont un volume plus grand que celui des tranchées intérieures. C’est pourquoi on les emploie pour la découverture du champ d’exploitation profond. Elles sont creusées à partir de la surface du sol en dehors du champ de la carrière jusqu’à la limite de ce dernier au niveau de la plate-forme de travail de l’horizon auquel elle donne accès.

2. tranchées intérieures : elles sont employées pour la découverture des champs d’exploitation plus profonds. Elles sont creusées suivant la limite de la carrière à partir de la surface du sol ou à partir de l’horizon précédemment découvert jusqu’au niveau de la plate forme de travail de l’horizon auquel elle donne accès. Elles sont généralement disposées sur les bords inexploités de la carrière. Lorsque le transport des produits abattus se réalise par des convoyeurs à bandes ou des skips, on creuse sur les bords inexploités de la carrière des tranchées intérieures d’un pendage correspondant à la pente maximale des moyens de transport utilisés. Ces tranchées sont

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 61 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

creusées perpendiculairement au talus ou en diagonal.

Figure 19. Tranchées perpendiculaires au talus

Figure 20. Tranchées en diagonale

b) Tranchées horizontales

ou tranchées de découpage :

lorsqu’on commence l’exploitation du gradin, l’une ou les deux parois des tranchées d’accès sont abattues et ces dernières cessent d’exister en tant que tranchées d’accès pour devenir des tranchées horizontales ou de découpage. Les tranchées de découpage préparent le champ de la carrière à l’exploitation. Leur creusement se fait sur la limite du champ minier à la cote finale des tranchées d’accès, soit dans les stériles, soit dans le minerai. Après l’achèvement des tranchées de découpage, on utilise les divers engins miniers (sondeuses, excavateurs, camions…) au moyen desquels on réalise l’élargissement de la

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 62 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

zone de travail. L’ensemble des tranchées principales et des tranchées

de

découpage

permet

d’assurer

finalement

la

découverture et l’exploitation du gisement.

III.2 Différents schémas d’accès dans une mine à ciel ouvert Dans la plupart des mines à ciel ouvert, l’accès au gisement est assuré par le creusement des tranchées ou inclinées pouvant être soit extérieures, soit intérieures. M. E. CHECKO a classifié les schémas d’accès en quatre groupes suivants : 1. Accès au gisement par tranchées principales séparées, c'està-dire que chaque gradin est découvert par une tranchée indépendante 2. Accès au gisement par tranchées principales communes, c'est-à-dire que tous les gradins sont découverts par un seul système de tranchées dépendantes

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 63 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

3. Accès au gisement par tranchées principales groupées, c'està-dire que des groupes de gradins successifs sont découverts par des tranchées dépendantes ou bien différents groupes de gradins sont découverts de manière indépendante 4. Accès au gisement par tranchées principales couplées, c'està-dire le premier, le second et le troisième procédé avec emploi de deux tranchées pour découvrir chacun plusieurs ou tous les gradins de la carrière

II.2.1 schémas d’accès par tranchées extérieures a) Tranchées extérieures séparées : ce schéma est utilisé lors de l’exploitation des gisements subhorizontaux ou en plateure situés à une faible profondeur.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 64 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

b) Tranchées

extérieures

communes : ces tranchées

permettent d’accéder tous les gradins de la carrière d’une manière dépendante. Dans ce cas, les travaux miniers diminuent par rapport au précédent. C’est ce qui donne la possibilité exploitation

d’augmenter sans

le

nombre

investissements

des

gradins

en

supplémentaires.

Le

domaine d’application est généralement le même que dans le cas

précèdent mais avec une profondeur un peu plus

grand de 40 à 50m.

c) Tranchées tranchées

extérieures extérieures

groupées : le

groupées

est

schéma

utilisé

lors

des de

l’exploitation des gisements horizontaux ou faiblement inclinés dont la profondeur peut atteindre 60 à 80 m.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 65 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre B’

(0,0)

-h1

-(h1+h2)

-(h1+h2+h3)

-(h1+h2+h3+h4)

A’

A

B Suivant AA’ (0,0)

-h 1 -h 2 -h 3 -h 4

Suivant BB’ (0,0) -h1 -h2 -h3 -h4

d) Tranchées

extérieures

couplés :

Le

schéma

des

extérieures couplés est utilisé lors de l’exploitation des gisements subhorizontaux dont l’épaisseur des morts terrains est assez grande et dépasse sensiblement celle de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 66 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

la couche minéralisée. Dans ce cas, on creuse toujours deux tranchées communes ou séparées pour accéder aux gradins de la carrière. B’

(0,0)

-h1

-(h1+h2)

A’

A

B Suivant AA’ (0,0) -h1 -h2 Suivant BB’’ (0,0) -h1 -h2

III.2.2 Schéma d’accès par tranchées intérieures Les tranchées principales intérieures sont généralement situées sur les bords inexploités de la carrière pour permettre une circulation facile des moyens de transport. Quelques fois, on les place aussi sur le bord de travail de la carrière. Dans ce cas, les routes qui y sont placées doivent périodiquement être déplacées au fur et à mesure du recul du bord, cela entraîne évidemment une augmentation des frais d’exploitation et

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 67 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

présente certaines difficultés aussi bien pour le régime de circulation des unités de transport que pour le travail des excavateurs. a) Tranchées intérieures séparées : chaque gradin est accédé par une tranchée indépendante, cela facilite l’organisation des travaux miniers et l’emploi rationnel des moyens de transport divers (camions, locomotives et wagons, bande transporteuse). En contre partie, les investissements destinés aux travaux capitaux sont importants ou considérables. Le schéma est applicable aux gisements puissants semi dressants et dressants dont la profondeur ne dépasse pas 100 m.

b) Tranchées intérieures communes : on distingue pour ce cas quatre d’accès : i.

Schéma par tranchée intérieure commune droite : pour ce

schéma, la tranchée intérieure commune se trouve sur les bords inexploités de la carrière. Dans ce cas, une seule tranchée inclinée permet d’accéder à tous les gradins de la carrière. Ce schéma est applicable aux gisements dressants et semi dressants dont la

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 68 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

profondeur ne dépasse pas 100 mais avec des investissements un peu plus faibles que dans le cas des tranchées intérieures séparées. En contre partie, le schéma demande une étendue du gisement plus grand par rapport au schéma précédent. On emploie également ce schéma lorsque le pendage du gisement ne dépasse pas 30 ° et que les moyens de transport utilisés sont des camions et engins dérivés des camions (remorques)

ii.

Schéma par tranchée

inclinée commune avec une plate

forme : il s’agit d’un schéma d’accès par tranchée inclinée commune ayant une plate forme sous forme d’une bouche dans le but chargement de direction à l’intérieur de la carrière. Cette plate forme artificielle est destinée aux manœuvres des moyens de transport utilisés. En effet, dans le cas des gisements de pendage supérieur à 30, il existe une version spéciale de la tranchée principale comporte deux tronçons inclinés avec

chargement de direction principale

de

transport sur une plate forme circulaire. Ce schéma est assez simple car l’approfondissement de la carrière se réalise sans reconstruction

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 69 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

coûteuse

des

tranchées

principales.

L’inconvénient

majeur

est

l’augmentation considérable des dépenses destinées à la constitution de la plate forme artificielle.

iii.

Schéma d’accès par tranchée intérieur commune en cul de

sac Il s’agit d’une tranchée qui comprend plusieurs tronçon inclinés et horizontaux alternés successivement et qui sont placés à l’intérieur du champs minier ou de la carrière. L’approfondissement d’une tranchée et accompagné de changement de sa direction pour chaque tronçon incliné. Ceci permet d’assurer la pente suffisante à la tranchée d’accès sans augmentation de la longueur d’excavation. La tranchée est placée sur le bord inexploité de la carrière et on applique

ce schéma aux

gisements semi dressants et dressants puissants de n’importe quelle profondeur.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 70 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

iv.

Schéma d’accès par tranchée intérieure commune en

spirale : chaque fois qu’on attaque un nouveau gradin, on entreprend de prolonger la tranchée principale avec une pente descendante satisfaisante pour la circulation facile des moyens de transport adaptés. Le développement des travaux d’exploitation s’effectue en éventail en gênant aussi l’extraction simultanée de plusieurs gradins. Ainsi, pour découvrir un nouveau gradin en contre bas, on doit extraire presque complètement le gradin précédent. Pratiquement, ce schéma est applicable aux gisements semi dressant et dressants d’une grande profondeur sous condition que la configuration de gisement en plan soit plus ou moins ronde tandis que la surface horizontale soit vaste.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 71 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

v.

Tranchées intérieures couplées : a. le schéma représente un ensemble des tranchées de n’importe quelle configuration (droite, spirale, en cul de sac). Ces tranchées sont destinées à découvrir tous les gradins de la carrière de manière à posséder toujours deux voies de transport au niveau de chaque gradin (l’une pour le transport des bennes vides, l’autre pour les bennes chargées) b. schéma d’accès par tranchée intérieure couplée droite : cette

version

est

employée

lors

de

l’exploitation

des

gisements subhorizontaux ou en plateure.

c. schéma d’accès par tranchée intérieure couplée en spirale : cette version est employée dans les carrières profondes avec transport par camions.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 72 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

vi. tranchées

intérieures

groupées :

les

schémas

d’accès

par

tranchées intérieures groupées se réalisent généralement au moyen de creusement des groupes indépendants des tranchées communes droites. Chaque groupe des tranchées est destiné à l’accès de deux ou plusieurs gradins. Les schémas sont généralement employés lors de l’exploitation des gisements en plateure puissants ou très puissants. On emploie différents engins de transport pour le minerai et le stérile.

III.2.3 Schémas d’accès par ouvrages souterrains Les schémas d’accès par ouvrages souterrains sont employés dans les conditions particulières de l’exploitation, à savoir : • dans les régions montagneuses

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 73 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• dans le cas de l’exploitation mixte lorsque la partie supérieure du gisement est exploitée par la méthode à ciel ouvert tandis que la partie inférieure est exploitée par la méthode souterraine

III.2.4 Schéma d’accès combiné Lors de l’exploitation des gisements irréguliers de grande profondeur, on donne souvent accès aux niveaux supérieurs et

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 74 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

inférieurs

par

une

combinaison

des

tranchées

intérieures

et

extérieures. Dans la plupart des cas, les niveaux supérieurs sont découverts par les tranchées extérieures séparées ou communes tandis que les niveaux inférieurs peuvent être découverts par une combinaison des tranchées en spirale et en cul-de-sac successivement.

ou bien en cul-de-sac

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 75 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP IV FRAGMENTATION (FORAGE ET MINAGE) IV.1 Equipement de forage IV.1.1 Généralités On distingue plusieurs groupes et versions des engins de forage classés suivant le mode de forage et le type d’énergie. Actuellement, l’outil pneumatique vient au premier plan en raison de multiples qualités : puissance, souplesse, rapidité et maniabilité. Les engins de forage utilisés dans les mines à ciel ouvert contemporaines permettent d’exécuter deux modes de forage : • le forage carottant • le forage destructif En dépit du fait qu’il existe deux modes d’abattage, toutes les machines se révèlent être identiques du point de vue construction. Les différents sous-ensembles qui les composent jouent le même rôle et le même but. Faisons remarquer qu’il en existe qui forent uniquement en carottant ou destructif, et d’autres en carottant et destructif. Divers facteurs doivent être pris en considération pour le choix de l’équipement de forage des roches. Les principaux facteurs sont : • le type et la constitution des roches • les principales caractéristiques de la sondeuse • le diamètre et la profondeur des trous à forer 1. Forage carottant : le but du sondage carottant est de découper en continuité sur toute la longueur forée, mais par passes successives, une colonne de terrain ou roche puis de la remonter à la surface du sol

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 76 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

pour un examen géologique ou essai de laboratoire. Dans le sondage carottant, la roche est attaqué au moyen du tube carottier portant à son extrémité une couronne diamantée à laquelle on imprime un mouvement de rotation accompagné d’une poussée. De cette façon, on réalise une saignée circulaire de la roche en conservant la carotte. Celle-ci qui constitue un échantillon fidèle de la formation traversée doit être ensuite ramenée à la surface. L’extraction et la fixation de la carotte se produisent à la manœuvre ascendante du tube carottier grâce à la présence, dans la base, de la couronne (pour simple carottier) ou dans la boîte à ressort (pour double carottier) d’un ressort unique qui sert autour de la carotte. 2. Forage destructif : l’outil de forage arrache des fragments de roche par abrasion ou percussion. Les débris de forage (cuttings) sont remontés à la surface soit à l’aide d’une circulation forcée d’un fluide de forage qui est un mélange homogène de différents produits (chimiques ou non) dans de l’eau, de l’huile, de l’air ; soit à l’aide du courant d’air. Dans ce mode de forage, deux techniques sont utilisées :  Forage destructif au tricône  Forage destructif au marteau fond de trou Le forage destructif sert dans les domaines suivants : • Sélectivité de la surface (sondages géologiques destructifs) • Forage d’exhaure (piézomètres, puits filtrants, puits d’eau potable ou industrielle) • Sondages horizontaux de décompression des aquifères en carrière • Sondages initiaux dans les creusements des galeries, puits, chambres… • Exécution

des

canalisations

pour

conduites d’eau, conduites d’air…

câbles

électriques,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 77 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

IV.1.2 Sondeuses à percussion Toute leur énergie est pratiquement utilisée pour la percussion. Considérons le cas des CHURN-DRILLS : ce sont des sondeuses caractérisées par la solidarité de leur…………………. On distingue : • Câble churn-drill • Pneumatic churn-drill 1. Câble churn-drill : cette foreuse est engin de forage par battage qui comprend le trépan, la tige de forage et le verrouillage du câble a. Le trépan : c’est la partie principale de la sondeuse qui désagrège la roche sur le fond du trou de forage en travaillant également les parois latérales du trou. Le trépan

est

en

acier

spécial

au

carbure

traité

thermiquement. D’après la forme de la tête d’attaque, on distingue : i. Le trépan à biseau ou trépan plat : ce type de trépan est utilisé lors de forage dans les roches non fissurées ii. Le trépan à joues : c'est-à-dire avec une grande surface latérale. Il est employé lorsqu’on fore dans les roches abrasives, on réduit ainsi l’usure diamétrale du trépan iii. Le trépan en croix et à échelons : avec lames de coupe avancées. Dans un trépan de ce type, les lames de coupe ne sont pas disposées dans un même plan. Chaque rang de lames est plus bas que l’autre. La forme et la disposition des lames évitent tout coincement du trépan dans des fissures.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 78 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

b. Tiges de forage : cette tige sert à accroître le poids de l’outil de forage. C’est une barre pleine en acier qui porte à une extrémité un filetage conique mâle d’assemblage avec le verrou du câble, et à l’autre extrémité le filetage conique femelle d’assemblage avec le trépan c. Verrouillage du câble : il s’agi d’un dispositif qui assemble le câble avec……. Le principe de forage par battage est le suivant : on relève périodiquement l’outil de forage (le trépan et la tige de forage) d’une hauteur déterminée. En retombant, cet outil produit un choc et désagrège la roche au de trou. Le poids de l’outil de forage varie de 500 à 3000 kg et sa hauteur de chute de 0.60 à 1.20 m. La fréquence des chocs

peut atteindre 60 coups par minutes. On introduit de l’eau

dans les trous au cours du forage. La roche désagrégée et broyée par le choc du trépan, le mélange à l’eau et forme une boue que l’on évacue périodiquement. La consommation de l’eau varie entre 40 et 80 litres par mètre foré. Les trous forés ont un diamètre variant de 90 à 300 mm ; leur profondeur peut atteindre 500 m, voire plus. Les mieux connus sont ceux de la société BUCYRUS ERIE. 2.

Pneumatic

churn

drill :

elles

sont

semblables

aux

sondeuses précédentes, mais les coups sont donnés grâce à un piston pneumatique. Elles sont donc plus puissantes et peuvent être utilisés pour forer des roches dures ; elles forent des trous d’une profondeur moyenne de 20 à 30 m, pour un diamètre de 140 à 200 mm

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 79 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

IV.1.3 Sondeuses ou perforatrices à rotation et percussion 1. Généralités Dans ce type de machine, l’énergie y est utilisée pour 80 % dans la rotation et 20 % dans la percussion. Leur actionnement est hydropneumatique ou pneumatique. Ces sondeuses forent des trous de diamètre variant de 20 à 50 mm et même plus. Les types les plus connus de ces perforatrices emploient peu d’air comprimé en vue de la percussion, leur piston étant totalement libre. Les caractéristiques essentielles de ces sondeuses sont : • La séparation complète de la rotation et de la percussion • Le contrôle indépendant de la rotation et de la percussion permettant une adaptation à chaque type de roche • La pression constante et élevée sur le trépan qui est constitué selon la nature de la roche avec un profil spécial Les principaux avantages de ces sondeuses résident en : • Une diminution du nombre de pièces mobiles en vue de la percussion permettant un meilleur rendement et une moindre consommation d’air comprimé • Une

rotation

appropriée

imprimée

par

un

moteur

hydraulique permettant une meilleure efficacité • Une transmission directe de la puissance à la douille d’emmanchement • Une plus grande économie due à la vitesse plus élevée de la pénétration, à une diminution des frais d’entretien et une plus longue durée de l’équipement 2. Cas des perforatrices ou sondeuses avec marteau fond trou Il s’agit des sondeuses pour lesquelles l’outil de perforation se trouve au fond du trou de mine. Elles sont composées de deux parties :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 80 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Le mécanisme de percussion (généralement pneumatique) qui est à l’intérieur du trou de mine puisqu’il accompagne le trépan ou la couronne ou encore le marteau • Le mécanisme de rotation (généralement hydraulique) qui reste hors du trou de mine. La rotation indépendante de la percussion est commandée par un moteur pneumatique à vitesse variable. Ce qui permet de passer au forage rotatif quand cela s’avère nécessaire (par exemple lors de la traversée des roches argileuses). Un second moteur manœuvre le train des tiges et est muni de plus d’un régulateur. Ce qui permet à ce moteur d’assurer une pression constante et réglable sur l’outil de forage en contribuant ainsi à l’économie du procédé. En supprimant tout intermédiaire entre l’organe de frappe et l’outil de forage, le procédé assure un meilleur rendement quelque soit la profondeur de forage. Les marteaux fond trou à roto percussion fonctionnement avec des compresseurs de 10 à 17 bars pour forer des trous de diamètre allant de 102 à 155 mm( exception faite pour quelques petites sondeuse). Il y a une relation à respecter entre le diamètre du taillant, le diamètre du marteau et le diamètre de la tige. Si le diamètre du taillant est trop petit, la paroi extérieure du marteau s’use exagérément, et la remontée des cuttings est freinée. Par contre, si le diamètre du taillant est très grand, il sera nécessaire d’utiliser un très grand volume d’air comprimé pour remonter les cuttings. Il faut 15 à 25 m/s pour remonter les cuttings (ne pas dépasser 25 m/s pour éviter le sablage du taillant et du marteau). L’évacuation des débris de forage se fait soit par l’air comprimé qui a servi au fonctionnement du marteau, soit par l’injection d’eau sous pression. Le premier système est plus simple pour des raisons

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 81 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

d’installation et de maniement. Le second est souvent employé lorsqu’on y est obligé par la nature de la poussière produite ou dans certains cas exceptionnels (forage en terrains hétérogènes, fissurés, humides et sans eau).

Les exploitants utilisent les marteaux fond trou travaillant généralement en inclinés de 10 à 20° par rapport à la verticale. Ceci s’explique par le fait que le marteau fond trou descend par lui-même avec une force de poussée très faible en tête de tige, ce qui évite les déviations. Alors que pour les engins roto percutants avec marteau hors trous, la frappe se fait en tête des tiges courant le risque de déviation pour le forage des mines profondes, compte tenu du diamètre des tiges qui est généralement compris entre 85 et 126 mm. La consommation totale d’air comprimé varie de 2.8 à 30 m3/min du plus petit au plus grand diamètre, tandis que le poids de ces sondeuses varie de 520 à 4500 kg.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 82 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

IV.1.4 Sondeuses rotatives Dans les roches tendres et de dureté moyenne, la percussion ne donne pas de bons résultats. D’où l’utilisation des foreuses rotatives entraînées

par

l’énergie

électrique

(ou

pneumatique

et/ou

hydraulique). Toute l’énergie est employée pour la rotation et la pénétration et est déterminée par le profil de l’outil de travail. 1.

Sondeuses à couronnes : pour ce qui nous concerne, nous

parlerons brièvement de la sondeuse J.K.S Boyle B 30 H, sondeuse qui semble s’adapter aux terrains tendres et durs et offre un forage assez bon. a. machine

Définition : la sondeuse J.K.S Boyle B 30 H est une

entièrement

hydraulique

de

haute

qualité

conçue

spécialement pour les travaux de sondage. Elle dispose d’une gamme de quatre vitesses avant et d’un inverseur permettant à l’outil de tourner à la vitesse optimale à une profondeur limitée. Les quatre vérins d’assise de la foreuse ont des dimensions qui lui assurent une bonne stabilité de manière à réduire des vibrations néfastes en forage et à l’outil diamanté. b.

Groupe moto pompe : dans les forages des sondages

carottants, on se sert des pompes à piston à déplacement positif (c’està-dire qu’à la fin de chaque course du piston, on obtient de la pompe un volume d’eau déterminé) c.

Outils de travail : on utilise dans la plupart des cas

les outils diamantés, surtout pour les sondages profonds, mais parfois des outils au carbure de tungstène i.

Couronnes

diamantées :

une

couronne

diamantée est un outil de coupe en acier en forme de fût auquel on a fixé sous fortes pressions et hautes températures une matrice contenant des grains en poudre de diamants.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 83 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les passages d’eau sont ménagés sur la face de la couronne pour assurer le refroidissement et l’évacuation des matériaux détachés du terrain par l’outil. La forme, le nombre, la section et la disposition des passages d’eau varient selon l’expérience

des

constructeurs

et

les

renseignements qu’ils reçoivent des utilisateurs. Deux conceptions des couronnes diamantées existent actuellement : 1. couronnes serties : les couronnes serties sont des outils qui ont une seule couche de diamant répartie sur la surface de coupe d’après leurs formes, leurs dimensions et leurs duretés. Généralement ces diamants sont

disposés en spirale

afin que

les

cuttings soient entraînés à la périphérie. Elles sont d’un emploi très courant dans les formations

tendres,

compactes

et

non

fissurées 2. couronnes à concrétion : les couronnes à concrétion sont, par définition, toutes les couronnes imprégnée

possédant de

poudre

une de

matrice

diamant.

On

mélange généralement 40 % environ de tous petits diamants en poudre de diamant avec de la poudre métallique constitutive de la matrice

et

l’ensemble

est

solidifié

par

frittage, c'est-à-dire la poudre métallique mélangée est placée dans le moule et comprimée à l’aide du support en acier de la

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 84 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

couronne. Le moule est alors placé dans des fours soigneusement réglés. Les couronnes à concrétion conviennent pour toutes les formations,

spécialement

les

roches

fissurées et pour les terrains à grains très fins. Elles ne sont pas tellement identiques pour les formations molles qui collent aux diamants. ii.

Manchons aléseurs diamantés : les manchons aléseurs diamantés sont des outils qui relient les couronnes diamantées aux tubes carottiers extérieurs. Ils ont comme fonctions : 1. aléser et maintenir le diamètre du trou foré pour permettre le passage facile d’un nouvel outil en cas d’usure 2. augmenter la stabilité du tube carottier 3. protéger

la

partie

inférieure

du

tube

carottier d’une usure excessive. Leur emploi est toujours recommandé sauf pour le forage à injection d’air car aucun obstacle ne doit être placé à l’arrière de la couronne. Trois types de manchons sont d’usage courant : • à bague diamanté • à plaquettes droites standard • à plaquettes hélicoïdale iii.

Sabots de tubage : Ils sont dans la formation à haut risque d’éboulement (formations fracturés, morts terrain) dans lesquelles la

mise en place

du tubage doit impérativement se f

aire.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 85 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Dans certaines applications, il est possible d’utiliser le tubage comme carottier simple en début de forage ou de sondage inclinés. Dans ce cas, le tubage est équipé d’un sabot de tubage. Le

diamètre

intérieure

du

sabot

est

suffisamment grand pour laisser le passage aux couronnes et carottier qui assure la poursuite du travail. iv.

carottiers : Ce sont des tubes en acier qui prolongent de la couronne et qui permettent la récupération des échantillons sous leur forme naturelle et les transporte à la surface .D’après le principe de

travail, nous distinguons trois

types : • les simples carottiers • les doubles carottiers • les triples carottiers o simples carottiers : ce sont des carottiers à tube unique creuse à l’extrémité de laquelle est vissée la couronne. Cette dernière est précédée par l’extracteur et la lame des ressorts tronconiques conçus pour saisir la carotte dès la remontée du tube empêchant qu’elle ne s’échappe vers le

bas.

Ce

système

présente

les

inconvénients suivants :  la circulation de l’eau de forage se fait au contact de la carotte dont elle aggrave le maniement (surtout si le terrain se délite facilement). Le

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 86 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

coincement carotte

d’un

à

fragment

l’intérieur

du

de tube

carottier peut user et détruire par frottement

les

fragments

restés

libres situés en dessous et poussés vers le haut par la suite du forage. Faisons

remarquer

que

le

pourcentage de récupération du carottier simple est souvent très médiocre,

et

son

emploi

est

synonyme de perte d’informations géologiques. o Doubles

carottiers :

inconvénients

pour

précédents,

palier on

aux

utilise

maintenant de façon systématique en reconnaissance géologique les carottiers doubles. A

l’intérieur du tube carottier

un second tube métallique à minces parois vient gainer la carotte. Il n’est réuni à l’enveloppe extérieure que par un pivot

à

billes

qui

désolidarise

le

mouvement de rotation des deux parois entre lesquelles circule l’eau de forage. Ainsi se trouvent pratiquement supprimé les inconvénients indiqués plus hauts pour

le

pourcentage

carottier de

simple.

récupération

Et

le

avoisine

100. sur le marché, on trouve deux types de tubes carottiers doubles :  Le fixe

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 87 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 Le pivotant ou carottier à câble. Il s’agit des doubles carottiers dont le tube intérieur contenant la carotte peut être ramenée à la surface sans remonter l’outil ou la garniture de forage. Ce type de carottier est de loin le plus couramment utilisé par rapport aux autres carottiers o Triples

carottiers :

une

amélioration

supplémentaire peut être apportée par un chemisage automatique de la carotte à l’intérieur du tube métallique interne. Ce

qui

empêche

tout

contact

avec

l’échantillon avant le laboratoire. C’est le carottier triple. Il comprend trois tubes, dont le troisième a une forme demi cylindrique appelée coquille. Ces tubes protègent totalement l’échantillon contre l’action érosive du fluide. Ils conviennent pour les terrains mous à consistance pâteuse, boueuse et dans des terrains friables. v.

Tiges : ce sont des tubes en acier, étirés sans soudure, destinés à transmettre la poussée et les mouvements de rotation de la sondeuse (foreuse) à l’outil de forage et à amener le fluide d’injection au fond du trou de forage

vi.

Tête d’injection : Elle constitue la liaison entre les tiges de forage qui tournent et le reste de l’installation qui reste fixe et permet ainsi

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 88 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

l’injection du fluide de forage dans le train de tiges. Elle comprend : 1. une partie fixe en forme de cuve munie d’une hanse permettant de la suspendre au crochet de levage 2. une partie supérieure qui forme le couvercle qui

comporte

recourbé)

qui

un

col

relie

la

de

cygne

tête

au

(tube flexible

d’injection 3. une partie tournante alésée dont l’extrémité est munie d’un raccord à filetage vii.

Tubes : le tubage est un procédé par lequel le trou de forage est équipé de tubes (en acier ou non)

fileté,

mâle

et

femelle,

aux

deux

extrémités ; permettant : 1. De

lutter

contre

les

éboulements

en

stabilisant les parois du trou 2. … 3. D’assurer la sécurité de l’isolement des horizons à pressoir ou casing viii.

Produits de forage 1. Définition : un fluide de forage est un

mélange homogène de différents produits (chimiques ou non) dans de l’eau, de l’huile ou de l’air ayant pour principales fonctions : a. b.

nettoyage du trou Refroidissement

et

lubrification

de

l’outil

et

la

garniture c.

Favoriser la pénétration de l’outil

d.

Prévenir le levage et les éboulements ainsi que le resserrement des parois

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 89 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

e.

Limiter les venues d’eau et les pertes d’eau

f.

Ne pas gêner les interprétations géologiques

g.

Limiter la corrosion du matériel

h.

Remonter en surface les cuttings 2. Types de produits de forage : Dans les

sondages miniers, on rencontre généralement des produits de forage à base d’eau, de mousses (stabilisées ou non) rarement à base d’huile. Nous allons nous intéresser aux produits à base d’eau. Ce type de produit présente le grand avantage de mettre en œuvre deux produits seulement. De ce fait, les caractéristiques physico-chimiques, donc la stabilité du produit, seront maintenues par l’ajout de l’un ou de l’autre des composants. Les produits à base d’eau peuvent être : a. un régulateur de PH (carbonate de soude) b. un viscosifiant stabilisateur (polymère spécifique) c. un

régulateur

formations

stabilisant

argilo

des

marneuses

(polymère liquide spécifique) 2.

Sondeuses à vis d’Archimède : Elles travaillent comme une

tarière à vitesse lente variant de 50 à 300 tours/min. sans soufflage d’air. Les cuttings sont remontés à la surface par la rotation de la vis. Elles forent des trous de 75 à 200 mm de diamètre pour une profondeur variant de 25 à 80 m. Elles sont automotrices et montées soit sur camions, soit sur chenilles. Ce type de sondeuse peut aussi être utilisé pour la prospection dans les terrains tendres (cas des roches alluvionnaires et éluvionnaires) ou scories (cas du terril de l’usine de Gécamines/Lubumbashi). 3.

Sondeuses à tricône : Elles sont les plus répandues dans

l’exploitation à ciel ouvert. Elles utilisent des taillants à trois molettes

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 90 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

coniques montées sur des roulements à rouleaux ou à billes. Ces molettes roulant au fond du trou exercent sur la roche une action combinée de choc et d’écrasement. Il existe plusieurs types de taillants, différents entre eux par la hauteur des dents implantées sur les molettes et par la densité de répartition de ces dents. Le diamètre des taillants varie actuellement entre 120 et 250 mm. Les cuttings sont

enlevés

par

un

courant

d’air

comprimé

fourni

par

un

compresseur (2 à 9 bars) monté sur le bâti de la sondeuse.

La figure ci-dessus donne la relation entre le diamètre des tricônes et celui des tiges. Les moteurs de rotation soit électriques, soit hydrauliques pour les tricônes travaillant de 220 à 250 mm. Les tricônes de 120 à 130 mm de diamètre sont utilisés pour forer dans les matériaux types grès ou silex qui éclatent. Il s’agit des matériaux qui ne peuvent être forés avec des outils classiques ou marteau fond trou. Dans tous les cas, le forage est destructif, c'est-à-dire que l’on obtient des cuttings. Ce sont des engins lourds automoteurs,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 91 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

électriques montés sur chenilles et capables de forer dans des roches de dureté moyenne et dure.

IV.2 Paramètres de fragmentation (forage et minage) IV.2.1 Introduction La connaissance du type de terrain est très nécessaire pour la fragmentation dans une mine à ciel ouvert. Elle permet de déterminer les paramètres de forage (la maille de forage, la profondeur et le diamètre des trous de mine) et de minage (charge spécifique d’explosif, la

hauteur

du

bourrage,

le

mode

de

raccordement,

le

mode

d’initiation).

IV.2.2 Plan de sélectivité IV.2.2.1 Généralités En réalité, ni le volume, ni la teneur estimés ne sont ceux du minerai tout venant, à cause d’une part de la dilution du minerai due au mélange des produits (minerai et stérile) lors du minage primaire et du chargement des produits abattus, d’autre part lors de la récupération minière. Il en résulte généralement une baisse de teneur et de tonnage du minerai extrait. C’est pour estimer cette double perte que certaines sociétés minières ont essayé de résoudre le problème de sélectivité avant d’implanter le lot de forage. Nous entendons par sélectivité, la division du gisement en parcelles. Cette dernière est basée sur la répartition de la teneur et/ou sur la composition minéralogique. IV.2.2.2 Salissage (dilution) et coefficient de récupération a) Définition et cause du salissage : le salissage est l’addition du stérile au minerai au cours des diverses phases d’exploitation. Il

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 92 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

s’agit de toutes formes de dilution qu’un minerai peut subir par le mélange du minerai et du stérile ou de deux minerais de natures minéralogiques différentes ne pouvant être valorisés séparément. i.

Causes naturelles : il y a la forme et la puissance

du

gisement

et

des

stériles

intercalaires  Gisement en plateure : Les minerais et les stériles sont excavés simultanément en utilisant les mêmes engins de chargement. Le degré de salissage est très grand.

 Gisement de forme quelconque : dans ce cas, l’enlèvement de stériles encaissant est difficile. D’où le salissage est important  Puissance

du

gisement :

une

grande

puissance du gisement permet un bon triage de l’excavateur. Par contre, une petite puissance nécessite un triage suivi pour diminuer le salissage  Stériles intercalaires : la présence des stériles intercalaires est imprévisibles. Le salissage est causé par cette intercalation. ii.

Causes artificielles : lors du minage et du chargement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 93 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

b) Coefficient de récupération : il représente le rapport de tonnage du minerai extrait et le tonnage du minerai à extraire ou en place. c) Expressions mathématiques : le

taux de salissage ou le

coefficient de dilution est la variation de la teneur par rapport à la teneur en place. Le coefficient de dilution est défini par l’expression suivante : D = 100.

tp − ta (%) ; avec tp

• D : le coefficient de dilution ou taux de salissage en % • tp : la teneur du minerai en place • ta : la teneur du minerai abattu. Lorsque la dilution est causée par l’ajout des minerais de teneur tb, elle s’exprime par : D = 100.

Le

tp − ta tp − tb

(%)

coefficient

de

récupération

est

défini

par

l’expression

suivante :

r = 100 .

Ta .ta Tp .tp ; Avec :

• Ta : tonnage du minerai abattu • Tb : tonnage du minerai en place IV.2.2.3 Utilité de la sélectivité Le plan de sélectivité possède une double utilité : 1. Il permet à l’ingénieur chargé de la fragmentation de pouvoir déterminer d’avance les modalités de chargement éventuel des trous de mine avec des explosifs appropriés sur base des variétés

des

terrains

d’une

part

et

des

possibilités

d’utilisation des différents schémas de raccordement d’autre part.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 94 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. C’est que l’excavation des produit par les excavateurs devient pratiquement orientable et ipso facto tout risque d’erreur IV.2.2.4 Etablissement de sélectivité Un levé géologique et un échantillonnage sont effectués dans des tranchées creusées à distances régulières (50 m) sur chaque plan de niveau et de préférence perpendiculaire à la direction des couches. Les échantillons des roches prélevées et étiquettées sont envoyés pour une analyse au laboratoire. Une fois les analyses terminées, on dresse le plan

sélectif

dont

une

copie

est

confiée

à

l’ingénieur

de

la

fragmentation. Sur le plan sont groupés des résultats d’analyses chimiques par catégories des minerais en fonction de la teneur.

IV.2.3 Implantation du lot de forage 1. Généralités Un lot de forage est un plan représentant les endroits prévus et précis où l’on doit forer. Son implantation exige la connaissance du terrain (la direction des couches et leurs successions). La succession intervient parce que toutes les couches ne sont pas minéralisées et que l’on doit s’arranger pour ne pas mélanger les minerais aux stériles lors du minage primaire. Dans un carré, la ligne de moindre résistance est la diagonale. En effet, lors du minage primaire, les produits abattus auront tendance de fuir (se déplacer) suivant la diagonale. Avec l’objectif de ne pas mélanger les produits, il suffit seulement de placer la diagonale perpendiculairement à la direction des couches afin de répondre à ce besoin. Ce critère fait que sur terrain, les trous de mine paraissent être placés en quinconce.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 95 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La réalité est qu’on a trouvé le quadrillage de façon à placer l’une des diagonales perpendiculaire à la direction des couches. 2. Maille de forage La maille de forage est définie par l’expression suivante : Sm = V .E (m2) ; avec

• Sm : la surface de la maille de forage en m2 • V : l’écartement entre différentes rangées de trous de mine parallèle au front d’abattage. Il est aussi appelé ligne de moindre résistance et correspond à la distance maximum séparant la première ligne des trous de foration et le talus de gradin. Il correspond à la largeur du banc à abattre. Ce dernier est déterminé en fonction de dureté du terrain du point de vue de minage. Il est exprimé en m • E : la distance entre deux trous de mine voisins d’une même rangée. Elle est exprimée en m. La surface de la maille de forage varie en fonction de la nature des terrains et la disposition des trous de mine doit être de préférence en quinconce. Les trous de mine étant en quinconce, leur disposition

doit

satisfaire aux conditions suivantes : • Pour éviter la dilution des minerais, V doit être parallèle à la direction des couches et E doit être perpendiculaire à la direction des couches

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 96 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Pour abattre les produits selon la ligne de moindre résistance, V doit répondre à l’égalité suivante : V≤ E Ci-dessous, les différentes mailles de forage suivant les catégories de terrain à la Gécamines (R.D.C) : Types de terrain

Caractéristiques du point de vue abattage

T2 : Terrains tendres

Pas de minage

T2D : Terrains relativement tendres

Cohésion plus ou moins forte dont l’excavation nécessite un tir d’ébranlement de faible charge d’explosifs Nécessitant des tirs d’abattage avec charge d’explosifs plus conséquents Fragmentation avec charge d’explosifs plus brisants

T3 : Terrains durs T3D : Terrains très durs

Maille de forage en mm Pas de forage • 8*9 ; 6*8 • 7*9 ; 6*7 • 8*8 • 6*7 • 6*6 • 6*6

3. Implantation du lot de forage Connaissant ainsi la nature de terrain à forer et la maille de forage, on peut faire un plan représentatif du lot de forage sur papier à une échelle bien déterminée. Ce plan sera fait de façon que le critère de perpendicularité d’une des diagonales du carré à la direction des couches soit satisfaisant. Une fois le plan élaboré et approuvé, le service de topologie, sur demande du service de fragmentation, réalise l’implantation par la matérialisation des coordonnées géodésiques et la détermination du champ à forer à l’aide des plaques établissant la maille de forage. Cette opération s’appelle piquetage. 4. Profondeur des trous de mines Sachant qu’il y a plusieurs catégories de terrains, on doit tenir compte d’un surforage afin d’éliminer les pieds de butte éventuels après le mirage primaire. L’expérience montre que

pour chaque type de terrain, on peut

attribuer un surforage (SF) approprié qui est lié à l’écartement rangée

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 97 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

des trous de mine par le paramètre V qui est la ligne de moindre résistance. Ainsi, la profondeur des trous de mines peut être définie par : P=

Hg cos α

+

V a

[m] ; Avec :

• P : la profondeur du trou de mine en m • Hg : la hauteur du gradin en m. cette hauteur doit vérifier l’inégalité suivante : • Hg ≤ Hcm • Hcm : la hauteur maximum de creusement de l’excavateur [m] • α: l’angle d’inclinaison des trou • a : le cœfficient dont le résultat de l’expérience atteste pour les différentes catégories de terrains des valeurs figurant dans la tableau ci-dessous. Valeurs de (a) en fonction du type de terrain Terrains

T2

T2D

T3

T3D

a



V

3

2.5

Faisons remarquer que le surforage permet une bonne sortie du pied du gradin en vertu de la progression en forme de cône d’un explosif dans un trou lors du tir. Par ailleurs, le surforage est fonction de la dureté du terrain. Plus le terrain est dur plus le surforage est grand afin d’éviter la formation des pieds de butte qui seront difficiles à) évacuer (à excaver) avec un excavateur.

5. Diamètre des trous de mines Le diamètre des trous de mine est un des paramètres de base à tout

calcul

de

fragmentation.

Il

l’équipement de forage dont on dispose.

dépend

essentiellement

de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 98 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les dimensions de la maille de forage augmentent avec les diamètres de trous de mine. 6. Paramètres de mirage 6.1. Charge spécifique d’explosifs La charge spécifique d’explosifs est la quantité d’explosifs nécessaire pour fragmenter un mètre cube de terrain donné. Elle est exprimée en g/m3 et est évaluée en équivalent d’explosif de référence (par exemple ANFO). Le mariage au cordeau détonant nécessite une grande charge explosive pour compenser la perte d’énergie due à l’amorçage latéral de la charge de colonne par le cordeau. C’est ainsi que le siège Kolwezi Mines (SKM) de la Gécamines a retenu les charges d’explosifs données dans le tableau ci-dessous pour li tir au cordeau détonant. Par ailleurs, suite aux réalités d’usage des tubes NONEL, SKM a suggéré les charges spécifiques d’explosifs par catégorie de terrain figurant dans le même tableau suivant : Charges spécifiques [g/m3]

Catégories de terrains

Tir au cordeau

Tir au Nonel

détonant 2D

250-300

150-200

3

450-650

250-350

3D

720-920

450-550

L’utilisation des tubes Nonel et la réduction des charges spécifiques

présentent

beaucoup

d’avantages

du

point

de

vue

technique que du point de vue économique et cela surtout lorsqu’on adopte des tirs séquentiels trou par trou. 6.2 Hauteur de bourrage Hb

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 99 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La hauteur minimale du bourrage se détermine en fonction de la dureté du terrain et de l’expérience du mineur. On peut également utiliser les formules empiriques (voir le cours de projet minier). Une hauteur insuffisante provoque des projections de boue ou de terre. Ce qui entraîne une perte sensible d’énergie d’explosifs. L’expérience montre que s’il n’y a pas de bourrage, la mine peut être sans effet. Mais d’une manière générale, le trou est poché et l’effet d’explosion n’atteint pas la surface. Par ailleurs, si la charge est insuffisante et que la hauteur de la boue est trop grande, l’effet de l’explosion n’atteint pas la surface. Il y aura un camouflet et le terrain inférieur sera seul ébranlé. Le tableau ci-dessous donne la hauteur de bourrage adopté à la Gécamines pour différentes catégories de terrain : Catégories des terrains

Hauteur du bourrage (m)

2D

6à7

3

5 à 5.5

3D

4.5

3D*

4

6.3 Mode de raccordement Il existe plusieurs modes de raccordements

réalisés dans une

mine à ciel ouvert. Ces schémas de raccordement tiennent compte des contraintes du lieu où on se trouve et des résultats escomptés : • La présence du matériel à sauvegarder (pompes installées dans les puits filtrants, pompes sur radeau dans les puisards, câbles électriques…) • Le pendage des couches pour souci de sélectivité • Cas spéciaux : creusement d’un puisard par exemple 6.4 Mode d’initiation On distingue deux modes d’initiation :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 100 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

1.

L’initiation électrique qui se fait à l’aide des allumeurs électriques et des électro détonateurs. Les capsules détonatrices connectées directement aux allumeurs sont appelées détonateurs électriques instantanés

2.

L’initiation par feu qui se fait au moyen d’une mèche lente et d’un détonateur ordinaire dont la partie vide est appelée à recevoir la mèche lente pour sertissage. La mèche lente a comme particularité de brûler avec une grande régularité et de produire en fin de combustion sur une longueur donnée, un jet d’étincelles capable d’allumer la charge d’allumage située dans le détonateur. La vitesse de combustion est de 0,9 cm/s. Le détonateur ordinaire ou simple est utilisé pour la communication d’un choc violent à la charge du cordeau détonant.

IV.3 Minage (tir) IV.3.1 Généralités Le choix de la méthode d’abattage est généralement guidé par la dureté des roches à excaver. Dans les roches semi dures et dures, un abattage à l’explosif est indispensable. L’ensemble des travaux d’abattage à l’explosif doit satisfaire à plusieurs

impératifs

que

lui

imposent

les

particularités

de

l’exploitation à ciel ouvert, notamment : • La sécurité du personnel et de l’équipement • La garantie des réserves suffisantes du minerai abattu pour la

production

planifiée

en

assurant

une

activité

interrompue de la carrière. Pour ce faire, il convient de maintenir un avancement constant des travaux d’abattage par rapport au front de chargement. Dans ce but, on est obligé de travailler sur le front de carrière en trois zones de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 101 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

travail et dont les dimensions déterminées en fonction des rendements des engins miniers ou de la production planifiée.

Pendant que le chargement de la masse abattue s’effectue dans la première zone, la foration des trous de mine se fait parallèlement dans la zone trois, tandis que les produits abattus de la deuxième zone sont stockés pour un retard imprévu dans les travaux d’abattage. La granulométrie des produits abattus pouvant être considérée acceptable

devant

les

impératifs

des

opérations

technologiques

postérieures. Ainsi, la grandeur maximale a des blocs abattus doit répondre aux conditions suivantes : 1. selon la capacité du godet de l’excavateur ou de la chargeuse :

a ≤ 0 .5 + 0 .8 .3 Cg

(m) ; avec

• Cg : la capacité du godet en m3 2. selon la largeur de la bande transporteuse

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 102 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

a ≤

b − 0 .2 2

(m) ; avec

• b : la largeur de la bande transporteuse en m 3. suivant les mailles d’entrée du concasseur

a ≤ 0 . 85 A

(m) ; avec

• A : la dimension de la maille d’entrée du concasseur Si le cycle complet des travaux miniers comprend plusieurs opérations

technologiques

qui

exercent

une

influence

sur

la

granulométrie de la masse, on prend définitivement le valeur moindre de a dans les différents cas.

IV.3.2 Principales méthodes d’abattage à l’explosif 1. Introduction Il existe quatre méthodes bien distinctes d’abattage à l’explosif dans l’exploitation à ciel ouvert : • L’abattage des trous de mine ordinaires de petit diamètre (40 à 50 mm) • L’abattage des trous de mine de grand diamètre (200 à 400 mm) et de grande profondeur • L’abattage par trous de mine pochés • L’abattage par trous grand fourneau de mine. Le but poursuivi par le minage a un double sens : • Désagréger les terrains présentant une certaine dureté afin de faciliter le travail des engins de chargement • Réduire ensuite les dimensions des blocs trop grands pour être chargés ensuite dans les unités de transport, ainsi que les blocs dépassant les possibilités des mailles des concasseurs à l’usine de traitement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 103 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Le minage primaire nécessite deux types de charges explosives pour des raisons d’efficacité et de rendement : • La charge de cisaillement appelée aussi charge de pied • La charge de fragmentation ou charge de colonne.

Hb

Charge de colonne

Hc

Pied de butte

Charge de pied

Bosse

Le minage secondaire complète le minage primaire en chargeant d’explosifs (petites cartouches) dans des trous forés, soit dans des gros blocs, soit dans des pieds de la butte au bas du gradin, soit dans les bosses laissées lors du minage primaire. Pratiquement, on utilise suivant le besoin d’une même carrière plusieurs

méthodes

d’abattage

ou

des

méthodes

mixtes.

Les

principaux points à considérer lors du choix d’une méthode d’abattage en carrière sont les suivants : • L’épaisseur de la masse rocheuse exploitable • La structure et l’orientation de la stratification • La largeur du front d’exploitation de la carrière • L’épaisseur des morts terrains que l’on doit enlever • L’espace disponible à la base de l’exploitation • La destination des produits abattus 2. Abattage des trous de mine ordinaires de petits diamètres (40 à 50 mm)

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 104 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Cette méthode s’impose lorsque la carrière est constituée d’un certain nombre de bandes de roches de compositions différentes que l’on ne doit pas mélanger. La profondeur des trous de mine varie avec l’épaisseur des bancs à exploiter et ne dépasse habituellement 3 m (jusqu’à 5 m). Cette méthode est aussi utilisée en minage secondaire des gros blocs et lorsqu’il est nécessaire de niveler la plate-forme après le minage primaire. Cette méthode a l’avantage de donner des matériaux bien fragmentés que l’on peut facilement charger à l’aide du matériel simple. Par ailleurs, cette méthode n’exige que la mise en service d’un outillage de foration léger et elle convient aux petites carrières 3. Abattage par trous de mine de grand diamètre (200 à 400 mm) et de grande profondeur Cette méthode est la plus répandue l’exploitation à ciel ouvert. Le procédé des trous profond a pu être adopté grâce aux sondeuses puissantes permettant de forer dans tous les sens avec le meilleur rendement. Les trous profonds peuvent généralement être horizontaux, verticaux ou inclinés. 1. Abattage par trous de mine horizontaux : la hauteur du front de carrière lors de l’utilisation des trous de mine profonds horizontaux est limitée habituellement à 10 et 15 m au maximum. Par le règlement de minage, la profondeur des trous horizontaux ne dépasse pas 6 m, au maximum 8 m.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 105 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Le grand inconvénient des trous de mine horizontaux au pied du gradin est la formation, lors du minage, de gros blocs, sans fragmentation régulière ou uniforme de la roche. Par conséquent, cette méthode est indésirable ou à éviter dans une région à cassure naturelle avec grand écartement. En général, le rendement des travaux d’abattage avec les mines horizontales est toujours faible par rapport à celui des mines verticales dans les carrières où l’on doit obtenir des produits ayant une granulométrie régulière. 2. Abattage par trous de mine verticaux : cette méthode permet d’éviter l’inconvénient majeur des trous horizontaux et donne la possibilité de répartition d’explosif sur toute la hauteur

du

gradin

permettant

ainsi

d’assurer

la

fragmentation assez régulière des produits abattus après le minage

primaire. La

profondeur des trous de mine

verticaux dépasse légèrement la hauteur du gradin pour éviter la formation des bosses et des pieds de butte au bas du gradin après le minage primaire. C’est ce qu’on appelle surforage. Suivant le chargement d’explosifs dans le trou de mine, on distingue : • Le chargement des trous de mine d’une manière continue, tout le bourrage étant au-dessus de la charge. Cette méthode s’appelle en anglais COLUMN LOADING

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 106 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Le chargement des trous de mine d’une manière discontinue, ce procédé est appelé en anglais DECK LOADING. Dans ce cas, une charge principale se trouve au fond du trou de mine et les charges secondaires

sont

alternées

avec

les

bourrages

(cuttings ou boue) le long du trou. La charge inférieure principale constitue généralement la moitié de la charge totale dans un trou de mine (parfois 60 à 70 %). Cette charge a pour but d’arracher les pieds du gradin, de le réduire en mille morceaux qui seront projetés en avant. Les charges secondaires alternées, moins

importantes,

auront

pour

mission

de

désagréger les bancs des roches supérieures afin d’assurer leur fragmentation régulièrement, c'est-àdire de diminuer la zone d’éboulement irrégulière. 3. Abattage par trous de mine inclinés : les trous de mine inclinés sont forés parallèlement au talus du gradin et sont utilisés dans certaines conditions car leur foration dépend des performances de la sondeuse utilisée. Les conditions favorables à l’emploi sont les suivantes : • Les roches de dureté moyenne et semi stables avec l’angle de talus des gradins de 50 à 60° • L’existence des roches plus dures au pied du gradin par rapport aux roches de la partie supérieure, ce qui pose généralement le problème d’instabilité potentielle de la butte qui se présente habituellement sous forme de glissement circulaire • Un des points fondamentaux où la réalisation des tirs avec minimum de vibration et de bruit est l’utilisation des trous inclinés parfaitement parallèle en une seule

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 107 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

rangée de trous avec micro retard par trou. L’abattage par trous de mine inclinés peut présenter les avantages suivants : i. Les gradins ont une surface tenant mieux à cause de l’inclinaison ii. La fragmentation de la roche est meilleure et l’explosion est moins violente iii. L’inconvénient du retard est éliminé iv. Les vibrations sont moindres 4. Abattage par trous de mine pochés : cette méthode d’impose lorsqu’il est nécessaire d’augmenter le rendement d’un trou de mine de petit diamètre sans être obligé de mettre en œuvre des moyens de perforation très puissants. Elle consiste à élargir peu à peu le trou de mine à sa base de manière à pouvoir y concentrer une plus forte charge d’explosifs et à déplacer par ce moyen un cube de roche plus important.

Pour assurer une bonne réalisation des trous pochés, il convient de faire exploser au fond du trou primaire sous un léger bourrage une petite quantité d’explosifs brisants. La roche environnante est broyée et une cavité se forme que l’on doit soigneusement nettoyer au moyen d’un jet d’air comprimé ou d’un jet d’eau si possible. On renouvelle

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 108 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

plusieurs fois l’opération. On commence par exemple avec une charge qui contient 5 % de la quantité globale d’explosif prévue pour un trou de mine. On agrandit ensuite la cavité avec la seconde charge qui représente 8 à 18 % de la charge globale. Pour éviter le danger d’explosion prématurée, il faut avoir soin d’assurer du refroidissement parfait

des

parois

du

trou

après

chaque

explosion

intermédiaire. Le chargement final doit être minutieux et demande de patience en raison du faible diamètre du trou de mine à l’orifice. Il est prudent d’utiliser un amorçage renforcé,

le

cordeau

détonant,

dans

ce

cas,

est

particulièrement recommandé. Le moyen de pocher un trou de mine convient pour toute sorte de roche et pour n’importe quelle orientation du trou de mine. Actuellement, cette méthode est rarement employée dans les découvertes. 5. Abattage par grand fourneau de mine : la méthode est utilisée lorsqu’il est nécessaire d’enlever des morts terrains de dureté excessive pour des gradins de grande hauteur (30 m et plus). La méthode consiste à creuser au pied du gradin une galerie au jour de faible section (environ 2.5 m2), d’une longueur de l’ordre de 0.6 à 0.8 Hg. Au fond de cette galerie, perpendiculairement à cette dernière, on creuse un ou deux rameaux de même section dans lesquels on loge une ou plusieurs charge(s) d’explosifs concentrés.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 109 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Après la mise en place d’explosifs dans les rameaux, on consolide soigneusement les vides avec de la terre d’argile, la galerie d’accès étant maçonnée solidement de manière à assurer un bourrage parfait et à éviter que les charges fassent canon. Les avantages de la méthode sont : • L’économie certaine sur les frais de foration des trous de mine • Faible

consommation

d’explosifs

par

tonne

des

produits abattus. Cette consommation varie suivant la dureté de la roche et la puissance du type d’explosifs utilisés. Les inconvénients de la méthode sont : • La fragmentation primaire mauvaise, ce qui demande un débitage secondaire coûteux • La projection des gros blocs de pierre à grande distance pouvant donner lieu à des accidents graves

IV.3.3 Préparation du coup de mine La préparation du coup de mine est une opération qui consiste au chargement des trous de mine jusqu’à la mise à feu. Le chargement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 110 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

des trous de mine se fait soit par cartouches cylindriques, soit à l’aide des explosifs en grains (ANFO), soit enfin au moyen d’explosifs sous forme d’émulsion. Les différentes opérations de la préparation du coup de minage sont : 1. Le curage : il se fait pendant et après le forage de la profondeur projetée (par jet d’air comprimé ou par jet d’eau). Cette opération se fait également à la veille d’un minage primaire en découverte 2. Amorçage et chargement d’explosif : l’amorçage est la période technique durant laquelle l’énergie circule des explosifs d’initiation sensibles et puissants utilisés en quantité faible vers les explosifs relativement sensibles utilisés en quantité importante en vue de la désagrégation du massif rocheux. a. Artifices d’amorçage i. Cordeau détonant : il permet l’amorçage de n’importe quel explosif sans recours à un détonateur.

Cependant,

pour

son

propre

amorçage, il exige les chocs violents provoqués soit par un détonateur électrique, soit par un détonateur ordinaire sur lequel une mèche de sûreté est sertie ii. Tube Nonel : c’est un tube de plastique, de 3 mm de diamètre, dont l’intérieur est enduit d’une substance réactive permettant à une onde de choc de se déplacer à une vitesse d’environ 200 m/s, cette onde de choc a une énergie suffisante pour activer la charge primaire, la charge secondaire et l’élément de retard contenu

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 111 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

dans un détonateur Nonel fixé à l’extrémité du tube

Nonel. La réaction ayant lieu dans un

tube, elle n’a pas d’effet explosif et agit surtout comme un signal conducteur. Il s’agit d’un système non électrique conçu par l’entreprise suédoise NITRO-NOBEL. Le tube Nonel présente une grande résistance à la traction, à l’usure et à l’abrasion. Il est aussi très facile à manipuler et possède une bonne résistance aux propriétés chimiques. Les relais dans le système Nonel appelé

aussi

connexion

bloc

ont

de

pour

distribution effet

de

ou

de

retarder

la

détonation de la charge explosive à l’aide d’un élément

temporisateur

à

temps

variable.

Chaque bloc de distribution peut supporter trois même plus de tubes Nonel en même temps b. Amorçage : Il se fait normalement par le cordeau détonant, soit par cartouche amorce, soit sans cartouche

initiatrice.

Actuellement,

on

utilise

également les tubes Nonel avec cartouche amorce. La cartouche amorce représente un petit sac ou étui contenant 0.25 à 1 kg d’explosifs forts ou brisants dans lesquels on introduit une extrémité du cordeau détonant sous forme de nœud ou un détonateur Nonel fixé à l’extrémité du tube Nonel.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 112 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Actuellement, on utilise directement des cartouches contenant des explosifs très forts comme cartouches amorces. Pour ce qui concerne l’amorçage sans cartouche initiatrice, on fait toujours un nœud à l’extrémité du cordeau détonant avec accrochage d’un morceau de pierre pour faciliter la descente du cordeau détonant à l’intérieur du trou de mine. c. Chargement de l’explosif : l’efficacité du minage peut aussi

résulter

du

choix

d’explosifs

et

de

leur

répartition dans le trou de mine lors de chargement d’explosifs. De ce fait, on distingue trois cas suivants : i. Trou contenant de l’eau : dans ce cas, on préfère l’amorçage des trous de mine par le fond en utilisant la cartouche contenant des explosifs très forts et résistants à l’eau comme cartouche amorce. Le cordeau détonant est normalement utilisé comme cordeau secondaire ou dérivé car il résiste à l’eau.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 113 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Après la descente de la cartouche amorce, on fait descendre d’autres cartouches terminés par un crochet. On charge les trous en fonction de la consommation spécifique. ii. Trous

de

mine

constitutions

dont

les

différentes :

roches dans

ce

ont cas,

des on

repartit la charge d’explosifs alternativement suivant la composition des roches iii. Trous de mine sans eau : une seule cartouche amorce pentolite booster et puis on verse

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 114 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

l’explosif en grains(ANFO) dans les trous de mine ou on pompe des explosifs sous forme d’émulsion. Faisons remarquer que l’émulsion garde ses propriétés pendant longtemps dans les trous de mine en présence d’eau car elle est étanche à l’eau et inaltérable. Elle a une grande vitesse de détonation 4200 à 5200 m/s. D’où sa grande brisance. On utilise le cordeau détonant, 10 g/m, simple (diamètre 5 mm) charge de rupture, qui ne résiste pas à l’eau comme cordeau secondaire d. Avantages de l’amorçage i. Par cordeau détonant : 1. Les

cartouches

sont

en

contact

du

cordeau détonant car il est sur toute la hauteur du trou de mine et supprime ainsi les ratés 2. il augmente le rendement de l’explosif 3. il permet d’amorcer simultanément un grand nombre de trous de mine 4. il peut être employé dans l’eau car son enveloppe est étanche 5. il est léger, souple et conserve sa vitesse de détonation ii. par tube Nonel 1. A l’amorçage, l’onde de chocs agit du fond du trou vers le haut 2. Les gaz de haute pression et grande température produits passent directement à la partie du trou de mine ayant une plus

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 115 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

grande résistance mécanique avant de se perdre dans l’atmosphère. On obtient une bonne granulométrie des blocs et une diminution sensible des pieds de butte 3. Le système Nonel et ses accessoires évitent une rupture intempestive des lignes avant les délais prévus dans la séquence du minage malgré ses contacts avec l’onde de choc, on évite des ratés 4. un

courant

vagabond

de

dans

fuite un

ou

un

massif

courant rocheux

n’influence pas les détonateurs Nonel. On ne craint donc pas les orages pendant la saison de pluie. Le système Nonel permet d’éviter les vibrations et diminue fortement les bruits de détonation 3. Bourrage : il se fait après la pose de la charge explosive dans le trou de mine. Ce bourrage se fait soit : a. Au moyen des cuttings de forage b. Au moyen de stériles c. Au moyen des sacs de sable 4. Maître cordeau ou cordeau principal : Après avoir fait le bourrage, on découpe le cordeau dérivé ou secondaire sortant du trou d’une longueur de 0.5 m. Toutes les extrémités des cordeaux dérivés sont alors raccordées au maître cordeau ou cordeau principal qui est déroulé en suivant le schéma prévu pour la mise à feu. Le cordeau principal est déposé en évitant les coudes brusques. Tous les cordeaux dérivés sont fixés sur le maître cordeau soit à l’aide :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 116 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

a. Des nœuds b. D’une ligature très serré sur 5 à 6 m c. D’une cordelette d. D’une bande isolante. Ces cordeaux dérivés doivent être dirigés dans le sens de détonation ou dans le sens d’où vient le feu.

Pour éviter un battement lors de la mise à feu, on fait disposer sur le maître cordeau une pelletée de sable ou de cuttings tous les 6 m environs. Si on utilise les éléments de retards qu’on appelle connectors, on les place aux endroits prévus et soigneusement sertis sur les cordeaux. 5. Nettoyage du chantier : On concentre tous les cartons et papiers qui contenaient les explosifs en un lieu qui ne sera pas perturbé par les tirs. Ce tas sera brûlé après le minage 6. Sécurité de minage : Avant la mise à feu, on déplace tout engin minier à un distance d’environ 200 m. Il s’agit des sondeuses, des bulldozers, des scrapers, des excavateurs, des compresseurs, du coffret et de son câble où on a coupé préalablement le courant. Quelque fois, le coffret et les pompes d’exhaure sont protégés par des touques. Après

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 117 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

une brève et attentive vérification, le chef mineur ordonne à tous les ouvriers ou mineurs de quitter le chantier au son de la trompette. Tandis que lui et son boutefeu restent sur le chantier. Le camion fait le tour

de tout le chantier et

laisse à endroit délicat un ouvrier à la trompette et au drapeau rouge. Ce parcours étant effectué, le camion revient au chantier pour prendre le chef mineur et son boutefeu. 7. Mise à feu : L’explosion de la charge peut être réalisée avec du feu ou du courant électrique. Lors de l’explosion par le feu, l’amorçage des trous de mine se fait toujours au moyen de la capsule détonatrices (détonateur ordinaire) et d’une mèche d’allumage appelée bick ford. Par ailleurs, lors de l’explosion électrique, on utilise des allumeurs électriques et des électro détonateurs. Le courant d’allumage, pour la mise à feu des amorces électriques est fourni par des exploseurs. Nous distinguons : a. Les exploseurs dynamo-électriques :

ce

sont

les

appareils où le courant d’allumage est produit par un petit

générateur

à

courant

continu

avec

auto

qui

sont

excitation b. Les

exploseurs

à

condensateurs :

caractérisés par un volume relativement restreint, une très grande puissance et un poids qui leur confère une bonne maniabilité. Le chargement des condensateurs est

réalisé

par un générateur

à

courant alternatif actionné à la main. Ces exploseurs sont munis des dispositifs de sécurité qui permettent la mise à feu des amorces que si la charge des condensateurs est complète.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 118 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

L’amorçage électrique sans cordeau détonant est assez rarement utilisé en carrière pour des motifs de sécurité, car dans les découvertes ou mines à ciel ouvert, il existe toujours des dangers d’explosion prématurée provoquée par des courants vagabonds provenant : • Des installations stationnaires et des batteries des lampes de sûreté • Du potentiel de la terre au voisinage immédiat des lignes conductrices de courant électrique • De la perte de courant dans les filons métallifères conducteurs de l’électricité L’explosion

des

charges

peut

actuellement

être

réalisée par un système d’allumage non électrique appelé Nonel. Ce système permet de conserver les meilleures qualités des systèmes extérieurs d’allumage tout en diminuant leurs inconvénients (la sécurité, la rapidité, la réalisation de toutes sortes de travaux aux explosifs indépendamment des conditions électriques existantes). Après avoir réalisé la mise à feu par l’un des processus cidessous, le chef mineur et son boutefeu quittent immédiatement le chantier à bord du camion.

IV.3.4 Description des trous de mine et schémas de tir 1. Généralités Toute préparation du coup de mine doit commencer par l’élaboration d’un plan de tir dont les éléments principaux sont : • La ligne de moindre résistance au pied du gradin W • La distance E qui est l’espacement entre deux trous d’une même rangée

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 119 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• L’écartement V entre deux rangées consécutives.

Avec • Lb : la longueur du bourrage • Lc : la plongeur de la charge explosive • Hg : la hauteur de gradin • α : l’angle de la pente naturelle des roches. Généralement, il varie avec la nature de la roche ainsi que sa structure • ac : la discontinuité plane • β : l’angle de talus de gradin • abc :

le

rocheuse

prisme

d’éboulement,

c'est-à-dire

la

masse

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 120 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

D’une façon générale, la valeur de la ligne de moindre résistance W au pied du gradin est fonction de plusieurs facteurs géologiques et techniques tels que : • la dureté des roches • la hauteur du gradin • le diamètre des trous de mine • le type d’explosif Si la distance W est très faible, les fissures s’étendront jusqu’à la face libre et ne permettront pas la mise en pression, le souffle et la pression seront augmentés. Par une grande valeur de W provoque une grande résistance au souffle ainsi qu’une mauvaise fragmentation. Lors du minage, la succession des phénomènes est la suivante : 1. la détonation 2. l’onde longitudinale vers l’extérieur 3. la formation d’un réseau des fissures radiales jusqu’à environ quatre fois le diamètre de forage 4. la réflexion d’onde de traction contre la face libre 5. l’ouverture des fissures radiales tangentes aux fronts d’onde, c'est-à-dire à la face libre 6. la pénétration préférentielle de gaz sous pression 7. l’écartement et la fragmentation Lorsqu’une butte est bien dégagée, la charge de fragmentation projette la roche à une distance de plusieurs dizaines de mètres. On peut déterminer la ligne de moindre résistance au pied du gradin par la formule suivante : W=Hg cotg β+ bc; Or bc=Hg (cotg α – cotg β) ; ce qui donne W= Hg cotg β + Hg cotg α – Hg cotg β. Et on a en définitive, W= Hg cotg α

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 121 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les méthodes les plus précises de détermination des éléments d’un plan de tir sont étudiées dans le cours de projets miniers. 2. Schéma de tir avec leur système de raccordement Le plan de minage et la détermination des conditions de succès d’un tir sont soigneusement liés aux exigences des résultats de la foration primaire qui sont : 1. la profondeur et le diamètre des trous de mine 2. le nombre de rangées Ces exigences complètent les conditions de réussite d’un tir qui reposent principalement sur le respect de la banquette, du bourrage, de la maille de forage, de l’amorçage et la séquence d’initiation de tir. Rappelons que la banquette est aussi considérée comme la base du prisme d’éboulement. C’est la distance maximum soit entre la première rangée des trous de mine et la surface libre du gradin pour le tir en butte dégagée (où il n’y a pas de matelas), soit entre la première rangée de trous de mine et le matelas de roche mère pour le tire en ferme. Faisons remarquer que le nombre de rangées de trous de mine provoque les effets suivants lors du minage primaire en carrière : • une bonne granulométrie avec effet semblable au tir avec matelas • une fréquence de minage réduite • un accroissement d’effet arrière qui peut être réduit par l’emploi de micro retard et le schéma de tir approprié Le minage primaire peut être en butte dégagée ou avec matelas 1. Minage en butte dégagée a. Avantages : • Une économie à l’explosif dans les premières rangées qui sont dégagées parce qu’il y a moins de contrainte ou de résistance au pied de butte

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 122 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Une cassure plus nette sur le périmètre de minage • Moins d’effets arrières b. Inconvénients • La charge de fragmentation projette la roche à une certaine distance • La

projection

des

produits

abattus

augmente

le

déplacement des pelles et diminue ainsi leur rendement • L’étalement des produits abattus entraîne souvent un mélange

de

stérile

et

de

minerai.

Ce

qui

a

pour

conséquence la dilution • Une partie de l’énergie de l’explosif se transforme en énergie cinétique 2. Minage avec matelas (roches minées) : Il s’agit d’un tir dit en ferme qui utilise un matelas de roches minées, c'est-à-dire la distance séparant les fronts d’attaque où la pelle travaille et la roche et la roche en place.

Un matelas est formé de déblais d’un minage précédent sur lequel on rabat le minage en cours. Pour ce type de minage, il est nécessaire de repérer, avec précision, la limite de la zone minée précédemment.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 123 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

a. Avantages : • Le matelas permet de placer les engins de forage plus près des

derniers

trous

du

minage

précédent

tout

en

augmentant la sécurité des engins lors du forage de la première rangée des trous de mine • Le minage avec matelas permet de prendre une avance de minage, ce qui donne plus de souplesse au point de vue de déplacement des sondeuses • La charge de fragmentation ne projette pas la roche à une grande distance. Ce qui ne produit pas un étalement des produits abattus, d’où la diminution de déplacement des excavateurs avec comme conséquence l’augmentation de leur rendement • Le non étalement des produits ne crée pas souvent un mélange de minerais de teneurs différentes et de minerai avec du stérile. Donc pas beaucoup de problème de dilution • Le tir en ferme est donc favorable et permet de garantir des réserves suivant la roche abattue en assurant ainsi une activité ininterrompue de l’excavation b. Inconvénients • Le matelas augmente la contrainte ou la résistance à la base de la butte • Le matelas augmente l’effet arrière 3. Schémas des tirs usuels Les schémas de tirs couramment utilisés tiennent compte des contraintes du lieu où on se trouve et des résultats escomptés : • Le pendage de couche

ou du gisement pour souci de

sélectivité • La présence des matériels à sauvegarder (environnement) • Le tir en butte dégagée ou avec matelas

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 124 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Les tirs spéciaux : creusement d’un puisard Ci-dessous nous donnons quelques types de schémas de tirs avec leurs caractéristiques. Ces derniers sont aussi valables pour des tirs au cordeau détonant et pour les tirs au Nonel a. Schéma de raccordement rangée par rangée  Faciliter de raccordement. D’où gain de temps  En butte dégagée entraîne trop d’étalement et de projection • Schéma de tir usuel au cordeau détonant

Schéma de tir usuel au Nonel

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 125 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

C’est un minage en ferme, c'est-à-dire sans aucune surface de dégagement. Il s’applique bien dans le cas de défoncement pour la réalisation des puisards • Schéma de tir usuel au cordeau détonant

Schéma de tir séquentiel trou par trou au Nonel

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 126 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

c. Schéma de raccordement en bouchon trapèze : Ce schéma présente un meilleur équilibre de minage. Il donne lieu à très peu ou pas de projection • Schéma de tir usuel au cordeau détonant :

• Schéma de tir usuel au Nonel ///////////////////////////////////// Un excellent minage se caractérise par peu ou pas de gros blocs, pas de fines et de ratés, pas de pierres ou de bosses. Cela se constate d’abord à distance à partir d’un lieu où l’on puisse apercevoir les tirs. Puis sur terrain, pour se rendre compte de la diminution des blocs, des effets arrières, de l’étalement des produits (minage en butte dégagée), de l’effet canon, enfin au moment de l’excavation,

pour

compléter le constat fait après vision par appréciation de l’existence des bosses, des gros blocs et du pied de butte.

IV.3.5 Débitage secondaire Les gros blocs produits par des tirs primaires que les unités de transport et les excavateurs ne peuvent enlever directement sont chose courante dans les découvertes ou carrières et présentent un problème qui préoccupe souvent les exploitants. Il en est de même lors de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 127 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

l’existence des pieds de butte et des bosses après le minage secondaire. Ainsi, les gros blocs, les pieds de butte, les bosses après le tir primaire nécessitent l’exécution du débitage secondaire pour améliorer la fragmentation. L’importance et la nécessité du minage secondaire dépendent du type d’excavateurs, des unités ou moyens de transport ainsi que des ouvertures d’entrée des concasseurs. 1.

Débitage secondaire des gros blocs : Il existe plusieurs

méthodes de débitage secondaire : a. classique : qui consiste à forer un ou quelques trous (2 ou 4) en fonction des dimensions des blocs, avec une perforatrice légère munie de fleuret de 38 à 50 mm de diamètre. Ces trous ont une profondeur variant de 0.25 à 0.50 D, où D est l’épaisseur maximum du bloc. La consommation d’explosifs varie de 0.1 à 0.3 kg/m3 approximativement b. Pour éviter la projection des pierres et économiser le temps perdu lors du forage, on recourt aux procédés suivants : i.

On place simplement la charge explosive (un certain nombre de cartouches d’explosifs brisants) sur le bloc et on la recouvre d’une calotte de glaise ou d’argile. Après l’amorçage et la mise à feu, le bloc est fendu et écrasé sans projection. Mais, pour obtenir les mêmes effets qu’une charge bourrée dans un trou de mine, il faut une grande quantité d’explosifs brisants. Cette méthode s’appelle « BONHOMME D’ARGILE »

ii.

Une autre version s’appelle « SNAKE HOLING ». Ce procédé consiste à charger un bloc en dessous, ce qui le fait fragmenter par le haut

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 128 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les procédés Bonhomme d’argile et Snake holing peuvent convenir pour débiter quelques blocs isolés mais ne sont pas satisfaisantes quand il s’agit d’en débiter un grand nombre dont le volume à briser par bloc dépasse 1 m3. Ci-dessous nous donnons un tableau montrant la charge approximative nécessaire pour chacune des trois méthodes (classique, bonhomme d’argile et Snake holing) en fonction du poids des blocs. Poids des blocs

250

500

1000

1500

200

2500

4000

4500

En kg

Méthode

de

débitage

secondaire

Nombre

des

1.5

2

3.0

3.5

4

4.5

6

8

Bonhomme d’argile

1

1.5

2.5

3

3.4

4

5

6

Snake holing

0.25

0.5

0.67

1

1.25

1.75

2.5

3.5

Méthode classique

cartouches

Cartouche 32*200

c. Pour diminuer les projections des pierres et faire l’économie d’explosifs. Dans ce cas, on utilise soit des pétards hydrauliques, soit des pétards sous forme d’une charge creuse d’explosifs. i. Dans le cas des pétards hydrauliques, l’eau augmente l’effet de l’explosif car la charge réalise son explosion dans un milieu plus dense que l’air. Cette version consiste à forer des trous de faible diamètre dont la profondeur minimum est de l’ordre de 30 à 35 cm, tandis que le niveau d’eau doit être au moins de 12 cm à partir du fond du trou de mine. La consommation d’explosifs y est aux environs de 8 à 10 fois moindre par rapport aux pétards ordinaires.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 129 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La deuxième version de l’utilisation des pétards hydrauliques pour la fragmentation des blocs consiste à placer la charge d’explosifs sur les blocs à briser et la recouvrir d’un sac de plastique rempli d’eau

ii. Dans le cas des pétards sous forme d’une charge d’explosifs façonnée dits creuses dont la fabrication industrielle se réalise par une série de modèles suivant la quantité d’explosifs (0.1 à 4 kg), on procède comme suit : on place la charge creuse d’explosifs sur le bloc à fragmenter ; après l’amorçage et la mise à feu, le bloc est brisé.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 130 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Charge creuse

Détonateur

Bloc à fragmenter

Mise à feu

d. Méthode mécanique 1.

utilisation d’une lourde masse :

On se contente parfois du débitage secondaire mécanique qui consiste à briser les gros blocs par une lourde masse. La lourde masse en une seule pièce pesant 1 à 7 tonnes est soit en acier ordinaire, soit en acier a manganèse et a une forme orthogonale ou hexagonale. Elle est manœuvrée par un opérateur qui laisse tomber d’une hauteur variant de 6 à 14 m sur le bloc à briser.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 131 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La masse est considérée comme usée lorsqu’elle perd environ 3/5 de son poids. La durée de la masse varie entre 1 et 2 ans. D’après les publications américaines, une grue équipée ainsi est à la base de la méthode appelée « DROP BALL ». On peut débiter à l’heure une vingtaine de blocs pesant jusqu’à 30 tonnes. Un opérateur habile peut remplacer 6 à 10 mineurs. Malgré ces avantages, l’application de cette méthode est restée relativement limitée surtout pour de petites carrières. C’est ainsi que son emploi exige une place libre

prévue spécialement non loin du chantier

d’abattage, ce qui gêne, dans le cas

de petites carrières, les

manœuvres

(excavateurs,

des

engins

d’exploitation

unités

de

transport, engins de terrassement). D’autre part, le maniement de la lourde masse demande une grande habilité du conducteur. 2.

Brise blocs

Actuellement, plusieurs constructeurs tels que Krupp, Atlas Copco, … construisent des brises blocs ou roches hydrauliques dont le marteau fonctionne de la manière suivante : • L’huile sous pression fait remonter le piston dans le cylindre. Le piston comprime un coussin d’azote • Lorsque la pression d’huile atteint une certaine valeur, une soupape à grand orifice de passage s’ouvre et l’azote, en se détendant, repousse avec force le piston • L’énergie cinétique emmagasinée par le piston au cours de sa course descendante est libérée sur le pic qui casse le bloc ou la roche. La brise blocs est assez cher à l’achat, mais il est rapidement amorti. Il ne nécessite qu’une seule personne pour son fonctionnement alors qu’il faut 2 foreurs et 2 mineurs pour le même travail. Avec la pointe de la brise blocs, il est possible de faire rouler les blocs et les amener à la place la plus favorable pour les briser.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 132 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La brise blocs peut fonctionner pendant tous les postes, il ne pose aucun danger et se fait d’une façon permanente sans évacuation des ouvriers du chantier.

IV.3.6 Efficacité d’un bon minage primaire Pour se faire une idée sur l’efficacité d’un bon minage primaire dans une carrière, certains exploitants calculent mensuellement le coefficient d’efficacité du minage primaire. Ce dernier représente un rapport de la quantité d’explosifs utilisée mensuellement pour le minage secondaire sur celle utilisée pour le minage primaire. Soit Ce =

Qtms (Unité) ; avec Qtmp

• Ce : coefficient d’efficacité • Qtms : quantité mensuelle d’explosifs pour le minage secondaire • Qtmp : quantité mensuelle d’explosifs pour le minage primaire Le taux d’efficacité est le produit par 100 du coefficient d’efficacité. Il est exprimé en %. Te= 100.Ce (%) Théoriquement, il faut que le minage primaire soit tel que le minage secondaire disparaisse. Le nombre de blocs et la quantité de tirs secondaires doivent être réduits au maximum, étant donné qu’ils représentent une dépense superflue au-delà de certaines limites. En pratique, on doit minimiser le minage secondaire par l’utilisation d’un meilleur plan et la prévention des ratés. Cette dernière passe par un contrôle strict du schéma de tir dans les branchements

de

la

charge

explosive,

de

la

charge

(détonateurs ou pentolites boosters) du circuit d’initiation.

amorce

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 133 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

On améliore la fragmentation en respectant les paramètres de forage et de minage. Ainsi, on accepte

que dans les meilleures

conditions d’exploitation, le taux d’efficacité d’un minage primaire doit avoir une valeur variant entre 3 et 10 %.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 134 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP V.

ENGINS DE CHARGEMENT

V.1 Généralités a. Parmi les engins de chargement utilisés dans les mines à ciel ouvert, on distingue deux types fondamentaux selon leur mode de fonctionnement ou de travail : i. Les engins dont le fonctionnement s’effectue d’une manière

cyclique,

c'est-à-dire

les

opérations

élémentaires d’un cycle complet d’excavation et de chargement se réalisent successive. Ce sont des excavateurs à godet unique (pelle mécanique ou hydraulique, chargeuse frontale, dragline) ii. Les engins dont le fonctionnement s’effectue d’une manière

continue,

c'est-à-dire

les

opérations

élémentaires d’un cycle complet d’excavation et de chargement y compris le déplacement se réalisent simultanément. Ce sont des excavateurs à godets multiples (roue-pelle, excavateurs à chaîne

à

godets) b. Suivant l’ordre de prise de gradins, on distingue deux modes d’excavation : globale et sélective i.

L’excavation globale est la plus répandue dans les mines à ciel ouvert et se fait généralement le long du gradin sans lotissement du front de travail en zone détachées, autrement dit tous les types des roches des chantiers d’exploitation (minerais et stériles) sont excavés et chargés dans le même matériel de transport

ii.

L’excavation sélective est généralement utilisée dans les cas particuliers et notamment là où il y a

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 135 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

nécessité de séparer les minerais des stériles intercalaires. Cette excavation se fait par des tranches ou zones détachées dont les dimensions sont déterminées en fonction de la structure du gisement et de la teneur des minerais. c. Selon l’emplacement de l’excavateur et du point

de

chargement, on distingue trois schémas principaux de travaux d’excavation et de chargement : i.

L’excavateur se trouve au niveau inférieur du gradin à excaver, et est destiné à travailler audessus du niveau sur lequel il repose, à ce moment-là, l’excavateur travaille en butte (la pelle mécanique travaille généralement en butte)

ii.

L’excavateur et le point de déchargement du godet se trouvent au niveau supérieur du gradin. Dans ce cas, l’excavateur

est destiné à travailler en

dessous du niveau sur lequel il repose. On dit que l’excavateur

travaille

en

fouille

(les

draglines

travaillent normalement en fouille ainsi que les pelles hydrauliques)

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 136 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

iii.

L’excavateur travaille en butte en reposant sur le niveau inférieur du gradin tandis que le point de déchargement du godet se trouve au niveau supérieur du gradin ou bien l’excavateur travaille en fouille et le point de déchargement se trouve au niveau inférieur du gradin

d. Les excavateurs peuvent généralement excaver de deux manières : i.

Soit à partir d’une extrémité de l’enlevure par chantier

latéral.

Il

s’agit

de

l’excavation

par

enlevure orientée en direction du front du gradin ii.

Soit l’excavation se fait du côté de talus du gradin par le chantier frontal

IV.2 Notions sur le rendement et les coefficients de disponibilité et d’utilisation des engins de chantier IV.2.1 Notion sur le rendement des engins de chantier Il

est

pratiquement

impossible

qu’un

engin

de

chantier

fonctionne sans arrêt durant un nombre défini d’heures par jour. Ainsi dans les calculs du débit ou du rendement d’un engin de chantier, on fait intervenir deux facteurs importants :  Le rendement horaire.  Le rendement général du chantier. Le rendement horaire traduit des aléas indépendants du lieu, de l’époque, du genre de machine, de la qualité de l’organisation, …

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 137 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Dans ses calculs, nous admettons que la durée du travail effectif par heure est de 50 minutes. De ce fait, nous introduisons dans les calculs du rendement horaire un coefficient de 50/60, soit 0.83. En ce qui concerne le rendement général du chantier, nous tenons compte de deux coefficients :  Le

coefficient

d’adaptation

qui

représente

sur

le

rendement, l’incidence des conditions locales et du moment pour un type d’engin donné.  Le coefficient de gestion qui caractérise l’influence des qualités du chef et du personnel sur la marche des travaux, ceci pour un genre d’engin donné. Nous appelons rendement général du chantier, le produit du coefficient d’adaptation et du coefficient de gestion. L’obtention du meilleur rendement général possible

est une

nécessité car le bénéfice tout entier de l’entreprise est mis en jeu par ce dernier.

V.2.2 Notion des coefficients de disponibilité et d’utilisation des engins de chantier En pratique, il est difficile de déterminer avec précision le rendement général du chantier. De ce fait, lors des calculs du débit ou rendement d’un engin de chantier, il s’avère nécessaire de considérer les cœfficients de mise à disposition et d’utilisation effective des engins miniers émanant de différentes classes d’heures au lieu d’utiliser les rendements horaire et général du chantier. Faisons remarquer que les différentes classes d’heures que nous allons décrire permettent de définir les notions de :  Coefficient de mise à disposition, CMD.  Coefficient d’utilisation effective, CUE.  Coefficient d’utilisation absolu, CMA.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 138 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

1. Classes d’heures Tout part d’une période de référence qui représente normalement soit un poste, soit une journée, soit une semaine, soit un mois, soit une année, … Elle peut être décomposée en différentes classes d’heures suivantes : a. Heures théoriques ou possibles, HP Elles représentent le total d’heures possibles dans une période donnée :  Un poste= 8 heures.  Un jour= 24 heures.  Un mois =30 jours= 720 heures (ou 8760/12=730 heures).  Une année = 365 jours = 8 760 heures… Ces heures sont décomposées en deux classes :  Les heures d’activité.  Les heures d’inactivité. b. Heures d’activité, HACT Elles représentent l’ensemble des heures pendant lesquelles les services d’exploitation et de maintenance sont en activité quelle que soit la période de référence considérée. Elles sont décomposées en deux classes principales d’heures :  Heures de mise à disposition, HMD.  Heures de maintenance, HM. b.1 heures de mise à disposition Ce sont les heures pendant lesquelles les engins sont mis à la disposition de la division de l’exploitation. Autrement dit, le total d’heures garanties par la division de Maintenance à l’Exploitation pour la réalisation de la production planifiée. Elles sont décomposées en deux classes d’heures :  Heures d’utilisation réelle ou effective.  Heures improductives.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 139 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

b.1.1 heures d’utilisation réelle ou effective, HUE Ce sont les heures effectivement prestées par les engins affectées à l’exploitation. b.1.2 heures improductives, HIMP Ce sont les heures pendant lesquelles les engins qui sont mis à la disposition de l’exploitation ne travaillent pas à la production. Il s’agit par exemple des heures de :  Changement de poste.  Attente poste.  Minage.  Déplacement des engins d’un chantier à l’autre.  Ravitaillement en carburant.  Visite de la division de maintenance.  Manque du courant ou panne sèche.  Autres arrêts divers indépendants de l’état de l’engin. b.2 heures de maintenance, HM Ce sont les heures pendant lesquelles les engins sont à la disposition de la maintenance. Il s’agit des heures qui correspondent aux périodes d’entretien, de réparation, de rénovation ou du retard dû aux approvisionnements en pièces de rechanges. c. Heures d’inactivité, HINACT Elles représentent les heures pendant lesquelles les engins ne sont sous la responsabilité directe ni de l’exploitation, ni de la maintenance. Dans cette classe d’heures, nous considérons les heures de réserve qui sont les heures gérées par la direction du siège en cas de surabondance de la flotte d’engins. Les engins de réserve sont localisés à la maintenance.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 140 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

d. composition des différentes heures Classes d’heures principales (à utiliser

Catégories d’heures (à utiliser facultativement).

obligatoirement

1erniveau :termi-

pour

le

calcul

des

coefficients).

2eniveau : à définir par la société.

nologie obligatoire Heures d’inactivité. Entretien

-visites systématiques.

préventif.

-entretien périodique. -réparation (révisions partielles).

Rénovation.

Démontage complet de l’engin.

Dépannage.

-intervention sur chantier. -intervention au garage.

Accident. Attentes diverses.

-attentes manques sous-ensembles. -attentes manques rechanges. -attentes manque Atelier Tous sièges (ATS).

Heures d’activité.

-attentes manque personnel entretien.

chômage.

Heures de

-attentes transport ou remorquage, … Temps morts.

Minage.

Réserves.

Abondance

de

l’équipement

disponible. Divers. Changement

Attente chauffeurs, panne sèches. des

-Prise en charge.

postes.

-ravitaillement.

Heures de régie.

-nettoyage chantier, pistes. -préparation chantier DEM.

Heures de marche.

Heures de mise à disposition.

Heures possibles.

Période de référence.

Heures de maintenance.

-modification/amélioration.

-Dépannage remorquages. -services généraux Siège. Heures

de

-Déplacement entre chantier et garage

translation.

-Déplacement entre carrières.

Heures de travail.

Production.

Connaissant toutes ces différentes classes d’heures, nous définissons :  le coefficient de mise à disposition.  le coefficient d’utilisation effective.  le coefficient d’utilisation absolue.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 141 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. Coefficient de mise à disposition, CMD C’est le rapport entre les heures de mise à disposition et les heures possibles.

CMD =

HMD 100 HP

(%).

3. Coefficient d’utilisation effective, CUE C’est le rapport entre les heures d’utilisation effective de l’engin et les heures de mise à disposition.

CUE =

HUE 100 HMD

(%).

4. Coefficient d’utilisation absolu, CUA C’est le produit des coefficients de mise à disposition et d’utilisation effective.

CUA = CMD * CUE =

HUE HMD HUE HUE 100 = ; CUA = HP HP HMD HP

(%).

Ainsi, le coefficient d’utilisation absolu est le rapport entre les heures d’utilisation effective de l’engin et les heures possibles pendant une période de référence considérée.

IV.3 Les pelles

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 142 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

IV.3.1 Généralités Ce sont des engins d’excavation et de chargement les plus répandus en mines à ciel ouvert et qui sont destinés à travailler dans tout type de terrain. Les pelles mécaniques ou à câbles travaillent habituellement en butte tandis que les pelles hydrauliques peuvent travailler soit en butte, soit en fouille ou soit en rétro. La force motrice utilisée est soit diesel, soit électrique ou soit diesel électrique. Depuis 1947, les pelles ont été particulièrement perfectionnées aux Etats-Unis d’Amérique et les puissances unitaires s’y sont accrues dans

des

l’enlèvement

proportions des

spectaculaires.

morts

terrains

qui

Les

pelles

recouvrent

destinées des

à

couches

minéralisées à des profondeurs allant jusqu’à 30 m atteignent des dimensions beaucoup plus importantes que

celles destinées à

l’extraction du minerai. Leur godet peut avoir une capacité de plus de 50 m3. Pour le chargement du minerai, on utilise des pelles dont la capacité du godet est relativement petite (pouvant aller de 0.60 à 8 m3, dans certains cas jusqu’à 15 CY.) N.B : 1 CY=0.7646 m3 La limite de la capacité du godet est imposée soit par les dimensions des unités de transport (camions ou wagons) dans lesquelles il faut décharger les produits abattus, soit par l’épaisseur de la couche minéralisée et soit par la capacité du concasseur qui doit les recevoir.

V.3.2 Pelles mécaniques ou à câbles Elles sont presque toujours alimentées à l’électricité par des courants triphasés. Le groupe Ward Leonard qui est en général monté sur le bâti tournant, alimente les différents moteurs à courant continu.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 143 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

1.

Cycle de la pelle mécanique : c’est l’ensemble de toutes les

opérations depuis le creusement du godet jusqu’au retour de ce dernier à sa position initiale de creusement. Il s’agit des opérations suivantes : i.

Arrachement de la roche (creusement par le godet) et retrait du stick (bras) jusqu’à la

hauteur

de

déversement.

Ces

mouvements se font par un pignon commandé par un petit moteur spécial placé sous la flèche ii.

Rotation

de

la

pelle

mécanique

entraînant avec elle la cabine, la flèche et le godet iii.

Ouverture du fond du godet par traction (câble ou chaîne) exercée sur le système de fermeture et déversement de la roche abattue

dans

l’unité

de

transport

(camion ou wagon) iv.

Fermeture du fond du godet par son propre poids dès qu’il est vidé et retour du godet

à sa position du début de

creusement 2.

Principales parties d’une pelle mécanique : les principales

parties d’une pelle mécanique sont : I. Bâti fixe : il s’agit d’un châssis inférieur monté soit sur chenille, soit sur pneus ; qui assure la mobilité de la pelle mécanique II. Bâti tournant : il s’agit d’un châssis supérieur où sont installés tous les moteurs, organes de travail et de commande.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 144 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La cabine de l’opérateur et le treuil sur lequel s’enroulent les câbles de manœuvre III. Organe de travail : il est constitué d’un godet, d’un bras (stick) et d’une flèche s’articulant sur le bâti supérieur tournant 3.

Principales dimensions de travail:

Rd

Rc Flèche Moteur

Hd

Stick

H g

Godet

Les principales dimensions de travail sont déterminées par la longueur de la flèche et celle du stick ainsi que par la capacité du godet de l’excavateur. Il s’agit de : I.

Rayon de creusement Rc : c’est la distance horizontale entre l’axe

de rotation de l’excavateur et le bord d’attaque du godet. On distingue le rayon de creusement maximum Rc max, lorsque le bras est avancé au maximum, et le rayon de creusement minimum Rc min, qui correspond au rayon de creusement de l’horizon où l’excavateur est installé, qu’on appelle également le rayon de la plate forme de nivellement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 145 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

II.

Hauteur de creusement Hc : c’est distance verticale entre

l’horizon où l’excavateur est installé et le bord d’attaque du godet. On parle de la hauteur maximum de creusement Hc max lorsqu’on soulève au maximum le bras III.

Hauteur de déversement Hd : c’est la distance verticale entre

l’horizon où l’excavateur est installé et le bord inférieur du godet en position de déversement (ouverte). La hauteur de déversement maximum Hd max correspond à l’élévation maximale du bras IV.

Rayon de déversement Rd : c’est la distance horizontale entre

l’axe de rotation de l’excavateur et le milieu du godet en position de déversement. Le rayon maximum de déversement Rd max correspond à l’avancement maximum du bras V.

Profondeur de creusement Pc : c’est la profondeur en contrebas

de l’excavateur, c’est-à-dire en dessous de l’horizon où ce dernier est installé. 4.

Dimensions de l’enlevure pour les pelles mécaniques : lors

de l’excavation par pelle mécanique, l’enlevure A contient deux grandes parties : I. La partie intérieure l2 II. la partie extérieure l1

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 146 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La largeur de la partie intérieure l2 ne dépasse pas le rayon de creusement au niveau sur lequel repose l’excavateur, soit l 2 = Rc =

Rc min + Rc max 2

La largeur de la partie extérieure est choisie de façon à garantir le

remplissage

du

godet

au

cours

d’un

seul

passage

sans

rebroussement sur le front d’attaque. Pour les bandes de transport, cela est réalisable si l’angle de rotation de l’excavateur ne dépasse pas 30 à 45 °. Alors la partie extérieure de l’enlevure l1 est déterminée par l’expression suivante : l1=Rc Sin α ≈ (0.5 à 0.7) Rc D’où la largeur totale de l’enlevure A est définie par : A = Rc +Rc Sin α = Rc (1+ sin α)= (1.5 à 1.7) Rc Lorsque le transport des produits se fait par train, on adopte habituellement la largeur maximum de l’enlevure pour réduire le nombre de ripage de la voie ferrée. Dans le cas de transport par camion, la largeur de l’enlevure diminue jusqu’à : A = (0.7 à 1) Rc au

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 147 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

niveau de l’excavateur car la construction et l’entretien des pistes ne demandent pas de dépenses considérables, tandis que la diminution de l’angle de rotation contribue à la réduction de la durée de cycle et favorise ainsi l’augmentation du rendement de l’excavateur. Lors de l’excavation des terrains durs et semi durs ébranlés à l’explosif, le chargement des produits abattus peut être réalisé soit par un seul, soit par deux passages du godet de l’excavateur dans les éboulis.

V.3.3 Pelles hydrauliques A la fin du XXe siècle, nous avons assisté au développement continu des pelles hydrauliques qui concurrencent fortement les pelles mécaniques. Elles peuvent travailler en butte, en rétro et en benne preneuse car elles sont quelques fois universelles puisqu’elles peuvent être facilement transformées par des équipements interchangeables. Nous signalons que sur ces engins que tous les mouvements qu’ils effectuent s’obtiennent grâce aux vérins commandés par des pompes hydrauliques. Ces dernières sont à débit variable avec régulation de pression. Leurs qualités spécifiques en font des engins parfaitement adaptés au travail dans les mines à ciel ouvert. Ces pelles permettent une grande précision pour l’attaque du front de travail lorsque celui-ci présente des couches alternativement dures et tendres. Il est possible avec ces pelles de réaliser l’abattage sélectif des parties tendres. Les parties durent tombent d’elles-mêmes une fois que le sous cavage est effectué. Leur conception permet, en effet, de doter la machine de base de l’équipement convenable exactement au procédé d’extraction souhaitée. La possibilité de travailler en fouille ou en butte, avec la même pelle, offre diverses solutions aux exploitants qui peuvent ainsi choisir

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 148 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

la méthode d’exploitation la mieux adaptée au site et à la structure du gisement. La pelle hydraulique combine la possibilité de pénétration dans le tas et de sous cavage, ce qui permet de désagréger le terrain tout en le coupant. En disposant d’autre part d’un effet de levage et de rotation, elle permet un chargement complet du godet avec le minimum de mouvement vers le haut. 1. Cycle de travail d’une pelle hydraulique : le cycle de travail d’une pelle hydraulique comprend les opérations suivantes : • Le cavage (ou arrachement de la roche) • Le levage de la flèche • La giration de la pelle hydraulique (rotation du bâti tournant) • Le déversement de la roche contenue dans le godet • La giration retour du bâti tournant entraînant avec lui le godet à sa position du début de creusement 2. Principales

parties

d’une

pelle

hydraulique :

la

pelle

hydraulique comprend deux grandes parties principales : • La partie fixe : elle se compose de : i. Un châssis : sur lequel sont fixés les deux bâtis de chenilles. Chaque bâti de chenilles a à son extrémité un moteur de traction et à l’autre extrémité une roue tendeuse. Les chenilles facilitent le déplacement de l’engin et assurent une bonne adhérence au sol. Grâce à ses chenilles, la pelle hydraulique peut franchir une rampe dont la pente maximum est de 35 ° ii. Une

couronne

de

giration :

permettant

la

rotation de la partie tournante. Cette couronne est fixe et dentée ; la rotation est obtenue à

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 149 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

l’aide de pignons montés sur des moteurs hydrauliques de rotation. • La partie tournante : elle se compose de : i. Une cabine de l’opérateur : qui abrite tous les éléments de commande et de contrôle des mouvements de l’engin.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 150 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

ii. Une cabine de machinerie : qui comprend le moteur

diesel,

le

groupe

des

pompes

hydrauliques, les deux moteurs de giration, le compartiment des batteries, le réservoir de gasoil et celui de l’huile hydraulique. Il a également

un

hydraulique.

réfrigérant

Cette

cabine

de

cette

huile

constitue

un

contrepoids iii. Un équipement de travail constitué de : 1. un bras qui s’articule au bout de la flèche 2. une

flèche

qui

s’articule

sur

le

bâti

commandent

les

tournant ou bâti supérieur 3. un godet 4. quatre

vérins

qui

différents mouvements dont deux pour le levage et la descente du bras, un pour le basculement de la flèche et un pour les manœuvres du godet

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 151 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

3. Principales dimensions de travail:

• A : le rayon de creusement maximum • A’ : le rayon de creusement minimum • B : la profondeur de creusement maximale

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 152 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• B’ : la profondeur de creusement minimale • D : la hauteur de creusement maximale • E : la hauteur de déversement maximale • F : le rayon de déversement maximum

V.3.4 choix d’un type de pelle Le choix du type de pelle le plus approprié à un travail se fait en considérant les éléments suivants : • La nature des matériaux • La granulométrie des produits • La hauteur du front d’attaque ou profondeur de creusement • La production envisagée Les pelles dont les flèches ont une grande hauteur permettent de travailler dans les mines à ciel ouvert dont la hauteur des gradins est assez élevée. Elles peuvent, avec les godets, dans des tels cas purger le front d’attaque après le tir primaire. Par ailleurs, les pelles hydrauliques permettent d’obtenir, sous un faible encombrement, une puissance égale sinon supérieure à celle obtenue avec des pelles mécaniques qui sont massives et moins maniables. Il y a également d’autres facteurs qui entrent cependant en ligne de compte. Ce sont essentiellement : • La mobilité de l’engin et sa rapidité • Le mode de déchargement • Le choix de force motrice de la pelle

V.3.5 Débit d’une pelle dans une mine à ciel ouvert 1. Généralités

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 153 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Dans toutes les machines de l’exploitation à ciel ouvert, l’excavateur est l’engin dont il est le plus difficile d’évaluer le débit du fait que malgré la connaissance des certaines caractéristiques de l’excavateur telles que : • La vitesse de levage et de halage • Le nombre de rotation que l’excavateur peut faire par minute • Le temps de cavage • Le vitesse de translation, etc Ces facteurs seuls ne permettent pas d’établir, par l’analyse, la durée de chaque cycle. Mais d’autres facteurs tels que : • Le temps nécessaire pour passer d’une manœuvre à l’autre • La vitesse de réaction des embrayages, des freins et des servomoteurs • La rapidité de réflexe de l’opérateur, son habilité,… Sont si variables qu’on ne peut les évaluer que grossièrement. 2. Débit horaire d’une pelle sans influence de ses déplacements D’une manière générale, sans tenir compte des déplacements de l’engin en cours d’excavation, le débit horaire théorique en place est exprimé par la formule suivante : D' =

3600 * Cg * K (m3/h) ; avec : t* f

• Cg : la capacité nominale du godet en m3 • 3600 : le nombre de secondes en une heure • f : le coefficient de foisonnement des produits abattus • K : le coefficient groupant divers facteurs de correction suivants o Kr : le facteur de remplissage o Kg : le facteur de giration

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 154 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

o Kl :

le

facteur

de

course

d’attaque ;

la

course

d’attaque représente la longueur sur laquelle est faite l’excavation à chaque course du godet D’où K=Kr.Kg.Kl Le débit horaire effectif D en place est calculé par l’expression suivante : D = D '.

50 .ρ ch (m3/h) ; avec 60

• D’ : le débit horaire théorique en m3/h •

50 : le rendement horaire de l’excavateur 60



ρ ch : le rendement général du chantier

Compte tenu des difficultés de la détermination du rendement général du chantier, les exploitants préfèrent, par expérience, utiliser le coefficient d’utilisation absolu au lieu de

50 ρ ch . Ainsi, le débit 60

horaire effectif D en place s’exprime par : D=D’. CUA (m3/h) 3. Débit horaire d’une pelle compte tenu de ses déplacements Si la durée nette du déplacement de la pelle sur chenille peut sembler négligeable, mais il faut embrayer, débrayer et mettre en vitesse des masses considérables ; ce qui cause des pertes de temps qui prolongent la durée des déplacements proprement dits. Connaissant : • V0 : le volume que l’excavateur déplace à chaque passe, c'est-à-dire

entre

deux

positions

successives,

dont

l’expression est V0 = S. la (m3) ; avec o S : la section transversale de la tranchée o la : la valeur pratique de la longueur de la passe entre deux positions successives

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 155 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• D’ : le débit horaire théorique. On déduit le nombre n de déplacements nécessaires par heure en utilisant la variation suivante : n=

D' V0

Quand on connaît le nombre n de déplacement par heure et la durée td en secondes de chaque déplacement, on obtient le débit rectifié effectif par heure en utilisant les expressions suivantes : 3000 − n * td Cg . .K . ρ ch t f 3000 − n * td Cg D= . .K .CMD t f

D=

(m3/h)

N.B : Toutefois, on peut négliger l’influence des déplacements sur le débit tant que leur nombre n reste inférieur aux chiffres suivants : • Pour des petites pelles (0.75 à 1 CY) : n < 4 • Pour des machines moyennes (1.5 à 2.5 CY) : n < 3 • Pour des grosses machines (3 à 4 CY et plus) : n < 2

V.4 Draglines

V.4.1 Généralités Il s’agit d’un excavateur utilisant un godet mobile manœuvré par des câbles suspendus à une longue flèche métallique pouvant atteindre le double de celle de la pelle mécanique.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 156 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Par leur conception, les draglines sont destinées à travailler en fouille. La partie en volée des draglines est très allégée et la flèche devient une poutrelle en treillis. Son champ d’application est donc considérablement augmenté par rapport à une pelle et cela d’autant plus que le godet n’ayant pas des pièces mobiles est à la fois moins délicat et plus léger. Sa manoeuvrabilité est beaucoup plus rapide. Travaillant en fouille, les draglines sont donc indépendantes de la nature du sol du fond des cavités ou d’excavation. Les parties électriques et mécaniques des draglines sont assez semblables à celles des pelles, mais les moteurs diesel sont plus utilisés sur des draglines qui opèrent parfois à des endroits assez isolés.

V.4.2 Cycle de travail d’une dragline Le godet en forme de scraper (ouvert à l’avant et fermé à sa partie inférieure) est entraîné par des câbles de traction et se remplit de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 157 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

roches en découpant un copeau de 5 à 500 mm d’épaisseur au cours de son déplacement vers le châssis d’excavateur. Le godet plein est ensuite levé au moyen des câbles de levage ou câbles arrière, les câbles de traction étant tendus, ne permettent pas au godet de se vider. Simultanément l’appareil pivote vers le lieu de déversement où le vidage du godet se réalise par son basculement grâce au relâchement des câbles de traction (câbles avant). Après le vidage du godet, la dragline pivote vers le front d’attaque et le cycle de travail recommence. Dans les roches dures, un abattage préalable à l’explosif est nécessaire. Mais si la dureté de la roche est faible, le godet peut, par chute libre, arracher lui-même les matériaux. Dans le travail de dragline, c’est la chute libre du godet qui donne la puissance d’attaque du massif. Cette chute peut être accompagnée d’une certaine lancée, plus ou moins importante suivant l’adresse de l’opérateur.

V.4.3 Types de draglines 1. Dragline marchant Tous les gros draglines utilisées pour le travail de découverture (c'est-à-dire l’enlèvement des morts terrains) sont du type marchant dont le principe est d’utiliser le châssis inférieur comme appui sur le sol pendant la période de travail (la surface du châssis étant beaucoup plus grande que celle des chenilles) et de provoquer la marche à l’aide des patins ou des semelles actionnées par des mouvements à excentriques et à leviers. Le double avantage de ce système est de permettre l’emploi des bras très longs (jusqu’à 75 ou 87 m) avec une stabilité parfaite et en faisant supporter sur le sol que des pressions ne dépassant pas, pour

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 158 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

des engins de plus de 1200 tonnes, 1 kg/cm2 sur ses semelles par avance. Les draglines marchant perdent évidement beaucoup en mobilité (leur vitesse d’avancement n’est que de 150 à 250 m/h au lieu de 2 km/h pour les pelles). Ces machines peuvent souvent recevoir des flèches de différentes longueurs correspondant à des godets de différentes capacités. C’est ainsi que des draglines marchant type MARION 7800, de 2500 CV de puissance avec deux groupes Ward Léonard, on peut utiliser : • Une flèche de 87 m avec un godet de 17.3 m3 • Une flèche de 67 m avec un godet de 27.3 m3 On peut aussi modifier l’inclinaison de la flèche qui peut être réglée de 30 à 40 ° en agissant sur la longueur des câbles tendeurs. Une augmentation de la valeur d’un angle augmente la hauteur du jet, en diminuant un peu le rayon d’action de la machine. La forme BYCURS-ERIE fabrique différents types de draglines (par exemple le modèle 1150 B de 1200 tonnes a un godet de 19.3 m3 avec 23 moteurs qui totalisent une puissance installée de 4037 CV) 2. Draglines sur chenilles Ce sont des draglines employées le plus souvent au chargement de minerai et dans les gisements de petites dimensions. Leur capacité moyenne varie de 0.5 à 0.6 m3. Ils peuvent également servir au creusement des tranchées ainsi qu’au nettoyage du fond de la carrière. 3. Draglines à grappins Au bout de la flèche de la dragline, le godet peut être remplacé un grappin. Cette modification est intéressante pour les exploitations en fouille lors de l’exploitation des gisements alluvionnaires.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 159 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

V.4.4 Dimensions de l’enlevure pour dragline La largeur de l’enlevure A lors de l’exploitation par dragline est déterminée par l’expression suivante : A = Rc ( Sin ω1 + Sin ω 2 ) ; Avec w1 et w2 respectivement les angles de

rotation de la flèche de la dragline, de son axe de déplacement à gauche et à droite./////////////////////////////////////

V.4.5 Débit de la dragline 1. Débit horaire de la dragline sans influence des déplacements Comme dans le calcul du débit d’une pelle mécanique ou hydraulique, le débit horaire théorique en place est exprimé par la formule suivante : D' =

3600 Cg . .K (m3/h) t f

Le débit horaire effectif D en place est calculé par l’expression suivante : D = D'

50 ρ ch (m3/h) 60

La remarque faite au sujet du rendement général du chantier lors du calcul du débit d’une pelle mécanique ou hydraulique est également d’application dans ce cas. D’où le débit horaire effectif devient : D = D’. CUA 2. Débit horaire compte tenu des déplacements des draglines En connaissant le nombre n des déplacements par heure et la durée td (s) de chaque déplacement, on calcule le débit effectif horaire par la formule suivante : D=

3000 − n. td Cg . K .CMD (m3/h) t f

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 160 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

N.B :

En

pratique,

on

néglige

l’influence

du

nombre

de

déplacement sur le débit tant que leur nombre reste inférieur aux chiffres suivants : • 2 à 4 déplacements/heure pour les petites draglines (0.75 à 1 CY) • 2 à 3 déplacements/heure pour les draglines moyennes (1.5 à 2.5 CY) • 1 à 2 déplacements/heure pour des grosses draglines (3 à 4 CY)

V.4.6 Choix d’un type de dragline Les éléments du choix d’une pelle sont aussi à prendre en considération pour une dragline. Mais au contraire d’une pelle mécanique, sur une même machinerie de dragline (comme celle de la pelle hydraulique), on peut monter des équipements différents. Ainsi, il y a une étude plus poussée à faire pour déterminer : • La machinerie de base • La longueur de la flèche • La capacité et le type du godet Tout cela en fonction des conditions précises du travail demandé aux draglines.

V.5 Roue-pelle V.5.1 Généralités Ce sont des engins du groupe des excavateurs à godets multiples qui sont destinés à travailler dans des terrains meubles, tendres et de dureté moyenne (sable, argile, charbon, lignite, phosphate…). Ces engins marchent mieux dans des terrains homogènes et humides. Des blocs très durs inclus dans le massif constituent des

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 161 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

obstacles pour le chargement et risquent de détériorer le godet et même d’arrêter l’exploitation. Compte tenu de leur emploi, elles travaillent dans la plupart des cas en butte par passes successives à des niveaux différents. On fabrique aussi des modèles conçus pour le travail en butte et en fouille.

V.5.2 Cycle de travail L’organe de travail est une roue placée à l’extrémité d’une longue flèche métallique orientable et relevable à l’aide d’un treuil. Cette roue dont le diamètre variant de 3 à 22 m suivant le modèle porte 6 à 18 godets de 10 à 6600 litres de capacité. Le mouvement de rotation de la roue permet aux godets d’attaquer le terrain et se remplir. Ayant atteint sa position haute, le godet se vide et le produit arraché tombe sur le transporteur à bandes placé à l’intérieur de la flèche de la roue pelle. Ces

produits sont

transportés à travers le bât de l’excavateur et sont ensuite transférés vers l’arrière de l’appareil par un second convoyeur porté par un pont intermédiaire orientable et ajustable en longueur. Ces convoyeurs déversent les matériaux dans le wagon ou sur une courroie transporteuse ou encore sur une sauterelle (sur la sauterelle pour la mise en terril).

V.5.3 Mode de creusement Le creusement se fait à partir de l’arrête supérieure du gradin sous forme de rabattage (l’épaisseur du copeau est de l’ordre de 0.5 à 1 m) au cours des mouvements de va et vient de la flèche. On distingue généralement quatre modes de creusement par roue-pelle selon l’orientation et l’ordre de prise des copeaux :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 162 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

1er. Le mode par copeaux verticaux uniques dans chaque tranchée du gradin successivement de haut en bas.

2e.

Le mode par copeaux verticaux multiples dans

chaque tranchée du gradin. On préfère ce mode de creusement dans les roches stables et lors de l’excavation sélective.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 163 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

3e.

Le mode par copeaux horizontaux descendants,

le

nombre

des

opérations

secondaires

de

l’excavateur y est minimum par rapport aux autres modes de creusement, mais finalement l’utilisation du

bulldozer

pour

niveler

les

terrains

est

indispensable

4e.

Le mode par copeaux combinés, ce qui est

préférable dans les roches semi stables.

Hg

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 164 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Dans le cas de creusement par copeaux verticaux multiples, en utilisant la flèche de longueur fixe non réglable, on peut déterminer la largeur de l’enlevure par l’expression : A = Rc (Sin φ1 + Sin φ2 ) – (Hg – h ) Cotg α (m); avec: • Rc: le rayon de creusement de la roue-pelle • φ1 et φ2 : respectivement les angles de rotation de la flèche de l’excavateur autour de son axe de déplacement. On prendra φ1 = 90° et φ2 = 45 °, au maximum 50 °. • α: l’angle des talus du gradin • Hg : la hauteur du gradin qui est déterminé lors de l’excavation en butte par la hauteur de creusement de la roue-pelle • h : hauteur d’une tranchée du gradin

h Hg

Rc

α Rc

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 165 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

V.5.4 Débit de la roue-pelle Il est très difficile d’estimer le débit réel de ces engins miniers car leur débit est fonction de plusieurs paramètres tels que : • La nature des matériaux excavés (stérile et minerai) • Les conditions saisonnières • L’humidité du sol • L’angle des talus du gradin • Les conditions d’entretien des voies Le débit théorique horaire est donné par l’expression suivante : D' =

60 * Cg.N .Kr (m3 / h) ; avec : f

• Cg : la capacité nominale du godet en m3 • N : le nombre de godets déversés par minute qui se calcule par N =

60 .Vr où Vr est la vitesse de rotation de la roue en e

m/s et e, l’espacement entre godets en m • Kr : le coefficient de remplissage Le débit horaire effectif est donné par l’expression suivante : 50 .ρ ch (m3/h) 60 ou D = D'. CUA D = D'.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 166 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

V.6 Excavateurs à chaîne à godets

V.6.1 Généralités Ce sont des engins dont le principe de rabattage est analogue à celui des roues-pelles. Ils peuvent travailler en butte ou en fouille. Quand ces excavateurs travaillent en fouille, ils doivent être conçus pour que les appuis du bâti sur le sol soient suffisamment distants du bord de la fosse pour empêcher les accidents qui peuvent se produire suite à des affaissements

brusques

du

talus

à

causes

d’une

très

forte

concentration des contrainte à proximité du bord de la fosse. C’est

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 167 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

ainsi qu’actuellement

la chaîne à godets relève les produits

suffisamment hauts et loin du bord de la fouille pour permettre de positionner les chenilles de l’excavateur à une distance raisonnable. Les excavateurs plus puissants ne sont construits que pour les travaux

de

découverture

des

matériaux

tendres

d’épaisseurs

relativement grande. Ces excavateurs n’offrent pas de possibilités aussi variées que la plupart d’autres engins d’excavation. Ils doivent être conçus pour des travaux bien déterminés. Pour leur conception et leur mode d’opération, ces engins sont des machines à grand débit pour le sol propice à l’excavation.

V.6.2 Eléments essentiels de l’excavateur à chaîne à godets 1. Châssis métallique : Il est monté le plus souvent sur chenille et en particulier sur voie ferrée 2. Organe de travail : c’est une chaîne à godets sans fin sur laquelle sont fixés les godets à égale distance les uns des autres. Ces godets sont en forme de coquilles munies à bords d’attaque d’un couteau en acier très dur facilitant des terrains tendres. 3. Construction métallique, élinde : il s’agit d’une construction métallique appelée élinde qui maintient le tourteau de tête et de retour de la chaîne à godets et qui lui sert de guidage. L’élinde est suspendue par câble à une flèche. D’une façon générale, l’élinde est un bras porteur de la chaîne à godets en quatre tronçons relevables et dont la position dans le sens vertical peut être, pour chacun, réglé par l’opérateur de la machine. Le dernier élément de la chaîne à godets est appelé fouilleuse. L’élinde est montée sur une tourelle, ce

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 168 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

qui permet de changer son orientation par rapport au mécanisme de translation 4. Convoyeur à bande : les produits arrachés par les godets tombent sur un convoyeur à bande qui les déverse à l’extrémité du châssis métallique 5. Bâti supérieur : c’est sur ce bâti qu’on a la salle des machines où sont installés tous les moteurs et la tourelle sur laquelle est monté l’élinde 6. Tourelle :

elle

supporte

l’élinde

et

deux

cabines

de

commande placées de part et d’autre de cette tourelle permettant de bien suivre le travail de la chaîne à godets

V.6.3 Cycle de travail Le talus du gradin est le chantier de l’excavateur à chaîne à godets au cours de l’excavation. La machine avance sur la voie ou sur chenilles le long du talus ou de la fosse à excaver. La roche est raclée par les godets de la chaîne qui rabotent le terrain par copeaux de 10 à 30 cm sous l’influence de la translation de l’ensemble de l’engin sur la voie ferrée. La conception de l’ensemble du bras de ces excavateurs leur permet par exemple de prendre une tranche de terrain de 6 m d’épaisseur. Il faut ensuite déplacer la voie de 6 m. Les godets qui transportent, le long du bras, la matière raclée et après leur passage sur le tourteau de tête, la déversent soit directement dans la trémie, soit sur un convoyeur à bandes qui la délivre à son tour dans la trémie. Celle-ci par l’intermédiaire de ses goulottes alimente les moyens

de

transports

(wagons

ou

convoyeur

principal

de

la

coefficient

de

découverte). Lorsque

l’excavateur

travaille

en

fouille,

le

remplissage des godets est plus élevé grâce au déplacement et à

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 169 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

l’accumulation des tas des produits devant les godets qui les poussent de bas en haut. Par contre, pour l’excavation en butte, ces produits tombent à chaque côté de l’élinde. Cette excavation n’est pas toujours avantageuse du fait qu’en terrain humide, l’eau provenant de talus inonde parfois la voie, les godets se chargent mal et ramènent le sol ramolli vers la machine ; ce qui augmente les frais d’entretien et de nettoyage de la voie. En revanche, ce mode d’excavation a l’avantage d’établir la plate-forme nécessaire pour procéder à la passe suivante.

V.6.4 Débit de l’excavateur à chaîne godets Il est également très difficile d’établir le débit de ces engins miniers car ce débit est fonction de plusieurs paramètres tels que : • La nature des terrains à excaver • Les conditions atmosphériques et saisonnières • L’humidité du terrain ou sol • Les conditions de drainage • La longueur et la profondeur d’exploitation • L’angle des talus • Les conditions d’entretien des voies • La vitesse de déplacement des voies ferrées Le débit théorique horaire est donné par l’expression suivante : D' =

60 * Cg * N * Rvol (m3/h) ; avec : f

• D’ : le débit théorique horaire (m3/h) • Cg : capacité nominale de chaque godet (m3) • N : nombre de godets déversés par minute. Ce nombre de déversement des godets est compris entre : o 20 et 25/ minute pour les gros engins o 25 et 30/minute pour les engins moyens o 30 et 40/minute pour les petits engins

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 170 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Rvol : le rendement volumétrique ou le coefficient d remplissage des godets. Ce rendement volumétrique peut prendre en pratique, lors de l’excavation en fouille, les valeurs suivantes : o Bonnes conditions et en tenant compte de la matière pressée en avant des godets : Rvol=1 et plus o Dans le sable et le gravier :Rvol=0.70 et 0.90 o Dans l’argile et la glaise. Rvol=0.40 et 0.50 o Pour l’excavation en butte, on réduit chacune de ces valeurs de 10 à 20 % • f : le coefficient de foisonnement On sait que le débit effectif D est sensiblement inférieur au débit théorique D’ à cause de rendement et du rendement général du chantier. Le rendement horaire qui comprend ici les petits réglables et les changements de marche, peut être compté comme ailleurs en raison de 50/60. En revanche, aussi parfaite que soit l’organisation du chantier, le rendement général est beaucoup plus mauvais que celui des autres procédés d’excavation. On peut considérer un rendement général de : • 80 % comme très bon • 60 à 70 % comme moyen • 40 à 50 % comme mauvais Par ailleurs, le débit horaire effectif d’un excavateur à chaîne à godets peut être calculé par l’expression suivante : D=D’.CUA (m3/h) V.6.5 Champ d’application ou d’utilisation Les excavateurs à chaîne à godets sont utilisés dans les cas suivants : • Dans les carrières de sable et de graviers, dans les gisements d’argile et de charbon

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 171 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Dans le creusement de canons et le réglage de lits des rivières ainsi que leur nettoyage et leur entretien • La construction des remblais des routes • Dans l’excavation des fondations des caves Dans le monde, il y a trois pays qui utilisent principalement ces excavateurs. Il s’agit de la République Démocratique D’Allemagne, la Tchécoslovaquie et l’ex URSS.

V.7 Chargeuse frontale

V.7.1 Généralités Dans les mines à ciel ouvert, on utilise un groupe d’engins mobiles dont la mission est non seulement d’excaver les matériaux (stériles et minerais), mais également les transporter jusqu’aux lieux de déversement pour la mise en terril ou le stockage des minerais non loin du chantier d’exploitation. Ce sont des chargeuses frontales, des scrapers divers et les bulldozers. Ces deux derniers types d’engins sont étudiés dans le chapitre des engins de terrassement. Les chargeuses frontales sur chenilles ou sur pneus sont montées sur un châssis articulé, mais l’articulation travaille seulement dans un plan horizontal, l’essieu arrière étant monté sur un balancier. Le godet pelleteur disposé en avant doit avoir une largeur plus grande que l’empattement des pneus pour les protéger. La flèche porte godet

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 172 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

est montée à l’avant du châssis, ce qui facilite d’assurer une bonne visibilité au conducteur. Les chargeuses frontales peuvent travailler dans les roches semi dure après abattage. Il existe actuellement une variété considérable d’engins de ce type avec des capacités des godets variant de 1 à 7.5 m3 pour des puissances de 80 à 500 CV. Ces engins dont le fonctionnement est caractérisé par une grande productivité grâce à leur grande puissance et à leur rapide manoeuvrabilité se sont implantés et affirmés partout dans le monde au cours des trois dernières décennies. Les vérins hydrauliques actionnant la flèche sont montés sur des pivots cylindriques. En ce qui concerne l’équipement hydraulique, deux points sont à considérer : une chargeuse en remplissage des godets demande à son système hydraulique de la pression plutôt que du débit (puisqu’il n’y a qu’une faible variation de la cylindrée des vérins de l’équipement). Par contre en manœuvre, ce n’est plus de la puissance qui est demandée, mais du débit. Pour éviter d’avoir uniquement des pompes à gros débits, grosses consommatrices de puissance lors de remplissage, les chargeuses frontales sont équipées de pompes hydrauliques à double corps : • Lorsque le circuit travaille en dessous d’une pression seuil (manœuvre), les deux corps débitent • Par contre lorsque le circuit travaille au dessus de la pression seuil, il n’est plus alimenté que par un seul corps qui est à même de fournir le débit et la pression nécessaire Les éléments qui permettent de faire le choix d’une chargeuse frontale sont principalement : • La capacité du godet • La puissance et le poids de l’engin • Le prix de l’engin

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 173 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

V.7.2 Mode de travail Le chargement des produits se fait par la pénétration du godet dans la masse abattue

lorsque la machine avance. C’est l’effort de

traction de la machine qui assure la pénétration du godet, puis ce dernier se referme tandis que la flèche monte. C’est cet équipement qui assure le remplissage alors que l’essieu avant reste bien chargé. Après le remplissage du godet, le bras de la chargeuse est levé à la position haute et le déplacement de l’engin s’effectue en sens inverse à partir du front. Une chargeuse doit protéger son train de roulement, c'est-àdire ses pneus. Son conducteur doit toujours attaquer les matériaux à charger au pied du tas ou du gradin et le godet à plat. Quand la chargeuse quitte le front du chantier, son déplacement peut se faire dans n’importe quel sens, le vidage du godet se réalise par son basculement avant. La chargeuse attaque le gradin soit par son extrémité, soit du côté du front d’attaque (le mode de travail le plus répandu). La largeur d’une enlevure est déterminée en tenant compte de la distance de sécurité entre la chargeuse et l’arête inférieure de talus. Cette distance varie entre 1.2 et 1.8 m. Pratiquement, l’enlevure varie, suivant le modèle la chargeuse frontale, entre 5 et 15 m.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 174 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

A Lors de l’utilisation des chargeuses frontales, la grandeur des produits abattus doit répondre à l’inégalité suivante :

a ≤ 0.5 + 0.803 Cg

(m) ; avec :

• a : la grandeur maximale des blocs à charger en m • Cg : la capacité nominale du godet en m3

V.7.3 Débit horaire d’une chargeuse frontale Le rendement horaire effectif d’une chargeuse frontale est calculé par la formule suivante : D=

3000 * Cg.Kr.CMD (m3/h) ; avec : tcy. f

• 3000 : qui représente le nombre de secondes par heure compte tenu du rendement horaire fixe de 50/60. • Cg : la capacité nominale du godet en m3 • Kr : le coefficient de remplissage • CMD : le coefficient de mise à disposition • f : le coefficient de foisonnement • tcy : le temps de cycle de la chargeuse en s

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 175 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Le temps de cycle de la chargeuse frontale, d’un aller-retour du lieu de chargement au lieu de déchargement, est calculé par l’expression suivante : tcy = d (

1 1 + ) + Z (s) ; avec : Va Vr

• d : la distance du déplacement de la chargeuse frontale entre le tas de matériaux ou du front d’attaque et l’unité de transport

(camions,

wagons

…).

Cette

distance

est

supposée la même pour un aller en charge et un retour à vide en m • Va : la vitesse de la chargeuse en charge en m/s • Vr : la vitesse de la chargeuse à vide en m/s • Z : le temps hors parcours de la chargeuse qui est le temps des

manœuvres,

de

remplissage

du

godet

et

son

déchargement. Par expérience, on prend la valeur de 0.5 minute ou 30 s. Il convient d’apporter beaucoup de soins à la définition des coefficients Kr et CMD. Il est recommandé de procéder à des essais sur chantier du temps de cycle de la chargeuse. D’une façon générale, on peut considérer que les temps de cycle de la charge frontale sont sensiblement

identiques.

Les

valeurs

ci-dessous,

dans

le

cas

d’utilisation des camions bennes comme unité de transport, peuvent être considérés comme valeurs de références. a) Produits en tas • Très bon cycle : 42 s • Cycle moyen : 57 s • Mauvais cycle : 72 s b) Matériaux tout-venant • Très bon cycle : 63 s

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Cycle moyen : 86 s • Mauvais cycle : 108 s

Page 176 sur 254

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 177 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP VI ENGINS ET MOYENS DE TRANSPORT VI.1 Généralités Le transport établit la liaison entre le fond de la carrière et le point de déchargement des produits (stérile et minerai). Il a pour objet non seulement de déplacer des minerais mais aussi des stériles qui représentent souvent la principale partie de la circulation des produits dans une exploitation à ciel ouvert. Les mines à ciel ouvert posent généralement le problème de transport très particulier et cela pour plusieurs raisons : • Les fonds des carrières et les points de déchargement des produits se déplacent de manière continue dans les limites de la carrière et des terrils ou remblais en minerais. Ce qui demande les ripages (déplacements latéraux et périodiques) des voies ferrées ainsi que la reconstruction et l’entretien des routes • Les pentes considérables qu’il faut gravir en passant d’un gradin à l’autre dans un espace assez limité • Un grand tonnage à déplacer L’organisation de transport est un problème très important, à ne jamais négliger, qui conditionne en partie les possibilités de production de l’entreprise. Les frais de transport dans les mines à ciel ouvert atteignent 30 à 40 % des dépenses totales de l’exploitation. D’une façon générale, on distingue les types et les modes de transport : les types de transport déterminent l’itinéraire du matériel roulant, c’est ainsi que le transport du minerai et du stérile peut se

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 178 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

faire soit par les mêmes voies (transport dit du type concentré), soit par des voies différentes (transport dit du type séparé ou dispersé). Le mode de transport détermine les caractéristiques de fonctionnement des principaux moyens de transport, ainsi on distingue : • Les transports continus (bande transporteuse, transport hydraulique, transport aérien par câble…) • Le transport discontinu cyclique (locomotive et wagons, camions et engins dérivés des camions, grues à câbles) Pour déplacer des grandes quantités de stériles à faibles distances, on utilise quelques fois des ponts de transfert qui sont constitués d’un ensemble métallique et d’un convoyeur à bandes.

VI.2 Transport par train (locomotive et wagons)

Le transport par train est théoriquement le plus économique, mais il lui manque beaucoup de souplesse. Les conditions les plus favorables à l’utilisation des trains dans les mines à ciel ouvert sont : •

Nature des sols favorables au déplacement des voies

• Gisement

vaste

de

dimensions

importantes

dont

profondeur ne dépasse pas 200 m ou 250 m maximum • Grande distance de transport (6 km et plus) • Régularité assez marquée du contour du gisement

la

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 179 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Dans

les

roches

dures

et

semi-durables

ébranlées

préalablement à l’explosif ou bien dans les roches tendres, meubles, moins humides.

VI.2.1 Eléments de transport par train Il existe deux parties intégrantes qui représentent la base du transport par chemin de fer, à savoir les voies ferrées et le matériel roulant. 1)

Voies ferrées : les voies ferrées comprennent des structures

supérieures et inférieures ; la structure inférieure peut représenter soit un remblai, soit une tranchée bordée de fosses d’écoulement. La supérieure des voies ferrées se compose : a. Des ballasts (ensemble des pierres concassées qui maintiennent les traverses d’une voie ferrée) b. Des traverses en bois, en fer ou en béton c. Des rails lourds avec des éléments de fixation. L’écartement des rails varie dans les divers pays entre 750 mm et 1524 mm (en République Démocratique du Congo, il est de 1067 mm ; en Europe, 1435 mm). Dans les mines à ciel ouvert, on installe parfois des voies courbes dont les rayons sont déterminés en fonction de la position principale des voies dans la carrière

(voie

permanente

ou

déplaçable

de

l’écartement des rails et du mode de traction (diesel ou électrique). Pour éviter le renversement possible des wagons roulant à une vitesse exagérée et pour diminuer la résistance à la circulation, on donne aux rails extérieures une cote un peu supérieure de 20 à 60 mm à celle des rails intérieures. Il s’agit d’un dévers, c'est-à-dire la différence des niveaux entre les deux rails d’une voie ferrée en courbe.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 180 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Pour permettre une bonne organisation des trains entrant et sortant dans une mine à ciel ouvert, il convient de disposer des gares de surface. Dans les grandes carrières, on installe généralement deux gares, l’une pour les minerais et l’autre pour les stériles. Dans des petites carrières, on n’a qu’une seule gare recevant à la fois les trains chargés des stériles et ceux des minerais. 1)

Matériel roulant : le matériel roulant se compose des

wagons et de locomotive a.

Wagons : les plus employés dans les mines à ciel ouvert sont des wagons basculants dont les profils des rails ainsi que des traverses ont été spécialement étudiés pour les gros tonnages.

Actuellement, on utilise les rails de 60

kg/m. Les capacités des wagons pour les voies normales (grand écartement) varient entre 22 et 58 m3. Ce qui correspond à un chargement de 50 à 180 tonnes. Dans les exploitations des couches en plateure ayant une importante surface de recouvrement superficiel, le transport de ce dernier peut être assuré par des wagons de 16 roues (8 essieux). D’une capacité de 100 m3, soit un poids brut de 240 tonnes, chaque wagon est chargé en une minute par la roue-pelle (cas des exploitations de lignite en Roumanie). L’ensemble des wagons d’un train peut être basculé latéralement par une pression d’un levier à l’aide de l’air comprimé et vidé en l’espace de quelques secondes. b.

Locomotive : deux types de locomotives sont actuellement utilisés dans les mines à ciel ouvert : i.

Locomotive électrique : les locomotives à trolley avec moteur à courant continu sont les plus répandus dans les mines à ciel ouvert importantes et elles permettent, de façon économique, le transport rapide d’un tonnage

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 181 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

annuel de l’ordre de 10 à 20 millions de tonnes, même à des très grandes distances. C’est dans ces conditions que le transport du minerai jusqu’à l’installation des préparations de préparation mécanique à 30 km s’effectue par des trains beaucoup plus puissants de 100 wagons de 90 tonnes tirés par 6 locomotives, 3 devant et 3 derrière, avec un seul

machiniste

disposant d’un poste central pour télécommander toutes les locomotives. On fabrique aussi un autre modèle de moyen de transport par chemin de fer tel qu’un agrégat de traction comprenant une locomotive de commande et un certain nombre de wagons moteurs et d’alimentation autonome. L’emploi des agrégats de traction permet l’augmentation des pentes à gravir jusqu’à 10 % avec une diminution en même temps de la consommation électrique de 15 à 20 %, ce qui est très important dans les mines à ciel ouvert profondes. L’emploi des locomotives électriques ne dépend pas des conditions climatiques, la commande est simple et la construction sûre. Les principaux inconvénients des locomotives électriques sont :  Les investissements primaires sont importants pour

la

construction

des

sous

stations

électriques dans les carrières  Les déplacements difficiles et coûteux du réseau de traction électrique surtout au voisinage du fond

de

quelques

carrière. C’est fois

la

ainsi qu’on

locomotive

à

utilise double

alimentation telle que Diesel-électrique pour éviter la construction du réseau de traction sur

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 182 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

le niveau d’exploitation au voisinage du chantier d’abattage dont les roches sont ébranlées à l’explosif ii.

Locomotive Diesel : l’emploi de la locomotive diesel est rationnel lors de l’ouverture d’une grande carrière dans les régions assez éloignées. Leurs avantages sont :  Alimentation autonome  Consommation

relativement

moindre

des

combustibles  Economie certaine sur les investissements primaires grâce à l’absence du réseau de traction électrique Leurs inconvénients sont :  Pente à gravir assez faible (3 %)  Usure assez rapide du moteur diesel  Réparation compliquée et coûteuse

VI.2.2 Roulage L’organisation du roulage dans les mines à ciel ouvert est un problème essentiellement pratique car à l’intérieur de la zone minière il y a toujours des tronçons sur lesquels plusieurs convois sont amenés à circuler dans les conditions où l’évolution du travail d’exploitation modifie souvent les données initiales de calcul. Il est évident que si le roulage se faisait au gré du hasard, on arriverait rapidement à une situation inextricable pouvant amener tôt ou tard à l’arrêt non seulement du chantier d’exploitation mais aussi de l’usine de traitement. L’organisation du roulage ne doit pas être confondue au projet de roulage. L’organisation cherche à utiliser au mieux un matériel existant, tandis que le projet de roulage est appelé à

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 183 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

choisir le matériel de roulage du point de vue des conditions naturelles et technologiques D’une façon générale, la circulation des trains doit être organisée de trois manières : 1. Roulage à l’horaire : des heures fixes

de départ et d’arrivée

dans les gares du chantier d’abattage et des voies d’évitement sont déterminés suivant l’itinéraire des voies. On établit un graphique technologique de la circulation permettant de réduire ou même de supprimer les attentes par les empreintes des voies communes 2. Roulage à la capacité : la composition des trains est constante, aucun horaire n’est imposé, le signal de départ est donné lorsque le convoi est plein. Ce mode d’organisation convient en travers du front de travail 3. Roulage par dispatching : Ni l’horaire, ni la composition des trains ne sont déterminés à l’avance. C’est le dispacheur renseigné constamment sur l’état général du roulage qui, après les informations reçues, dirige tout le roulage. Il est évident que cette manière d’organisation du roulage nécessite des moyens d’information et de communication bien établi.

VI.2.3 Rendement de transport par train Dans les carrières, le rendement de transport peut être défini comme étant soit le poids des matériaux transportés par unité de temps, rendement appelé capacité de transport ; soit le nombre de trains circulant par unité de temps appelé capacité de circulation. Les capacités de transport et de circulation dépendent de :  L’état des trains  Le mode de traction  Le type de locomotive

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 184 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 Le type et la capacité des wagons  La vitesse de l’organisation de circulation Les capacités de transport et de circulation sont établies sur la ligne dite trajet limitatif qui est la partie de la ligne la plus longtemps utilisée ou occupée par une paire de train lorsque cette ligne est à voie unique et un train lorsqu’elle est à double voie. La capacité de circulation des voies ferrées est le nombre de paires de train pendant un poste ou par jour. Lorsque la voie est unique, la capacité de circulation par poste est donnée par la formule suivante : Np max =

60 T t1 + t 2 + t n

(Paires de trains) ; avec :

 T : la durée du poste (en moyenne 7 heures)  t1 : 60L/V1 ; temps en minutes mis par un train chargé pour parcourir le trajet de longueur L en km à la vitesse V1 en km/h  t2 : 60L/V2 ; temps en minutes mis par un train vide pour parcourir le trajet de longueur L en km à la vitesse V2 en km/h  tn : temps nécessaire pour la liaison avec le poste de commande (3 à 4 minutes pour la liaison téléphoniques, 2 à 3 minutes pour la commande semi automatique, 1 à 2 minutes pour la commande automatique) Lorsque la ligne est à deux voies, la capacité de circulation est donnée par la formule suivante : Np max =

60.T t + tn

La signification des lettres est la même que précédemment sauf pour les valeurs de tn :  Pour la liaison téléphonique, tn est le même

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 185 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 Pour la commande semi automatique, tn = 1 à 2 minutes  Pour la commande automatique, tn = 0 minute Le degré d’utilisation de la capacité de circulation caractérisant l’organisation générale et l’intensité des travaux est donné par la formule : K=

Neff (unité) ; avec : N max

 Neff : Nombre effectif de paires de trains  Nmax : Nombre maximum de paires de trains déterminé par le graphique chronologique La capacité des trains M est donnée par l’expression suivante : M=

N n.q (tonnes) ; avec : Kt

 N : nombre de trains chargés  Kt : coefficient correctif lié à l’irrégularité des départs du train. Il varie entre 1.20 et 1.75  n : nombre de wagons par train  q : charge des wagons en tonnes o q = V.

d (tonnes) ; avec : f

 V : le volume de wagons en m3  d : la densité du minerai en place  f : le coefficient de foisonnement du minerai

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 186 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VI.3 Transport par camions-bennes

VI.3.1 Généralités Les camions et les engins dérivés des camions (tracteurs et semiremorques) sont des moyens de transport les plus couramment utilisés dans les mines contemporaines. Le transport par camion offre les avantages suivants :  la souplesse d’utilisation permettant de s’adapter à tous les types d’exploitation pour n’importe quelle profondeur et structure du gisement.  la grande capacité de transport.  l’organisation simple de la circulation des engins de transport. Les conditions les plus favorables à l’emploi des camions sont :  les gisements de faibles et moyennes dimensions (2 à 5 km) dont la profondeur peut dépasser 200 à 250 m.  la distance de transport ne dépassant pas 5 à 6 km.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 187 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 les roches dures et semi-dures ébranlées à l’explosif ou bien des roches meubles et tendres moins humides.  le tonnage à déplacer jusqu’à 10 millions de tonnes par an pour les camions dont la capacité des bennes est inférieure à 70 tonnes. On peut aller jusqu’à 70 millions/an pour les camions de plus de capacité (100 tonnes et plus). Actuellement aux Etats-unis, il y a

des camions de 350

tonnes. Les camions, les tracteurs et les semi-remorques utilisés dans les mines à ciel ouvert sont à moteur diesel ou diesel-électrique. Ils doivent être très robustes et souples. Ils sont à deux ou trois essieux moteurs. Ces dernières sont sollicitées séparément grâce à une boîte de transfert, ce qui permet à ces gros engins de franchir des grands obstacles. Nous distinguons les camions à propulsion mécanique ou assistée par trolley. Tous les camions utilisés ont au moins les caractéristiques suivantes :  l’emploi d’un cerveau moteur de direction.  les gros pneus très résistants à l’usure.  la cabine à suspension élastique pour le confort du conducteur.  la benne basculante.  la caisse de la benne est prolongée par une plaque très épaisse qui recouvre la cabine du conducteur.  le chauffage du fond de la benne par les gaz d’échappement du moteur afin d’éviter le colmatage par les produits humides et collants dans la benne du camion.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 188 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VI.3.2 Distinction de type de camion, dans les mines à ciel ouvert, suivant le mode de propulsion Suivant leur mode de propulsion, on distingue deux types de camions dans les mines à ciel ouvert contemporaines :  Camion à propulsion mécanique  Camion à propulsion électrique 1. Camion à propulsion mécanique La transmission comprend les principaux organes suivants :  Moteur à essence ou diesel  Embrayage à friction  Boîte de vitesse  Arbre à cardan  Transmission principale (renvoi d’angle avec différentiel)  Roues motrices avec les arbres de roue (essieux)

Ces camions se sont habituellement répandus grâce à une série d’avantages assurant la souplesse d’utilisation tel que le rayon de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 189 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

virage,

et par conséquent la grande manoeuvrabilité dans les

conditions minières gênantes. Dans les carrières de faible ou moyenne production, le modèle le plus courant va de 15 à 45 tonnes. L’augmentation de la productivité du matériel utilisé dans les mines à ciel ouvert est à la base de la construction des excavateurs de plus en plus puissants. Cette évolution s’est faite évidemment en parallèle avec celle des camions correspondants. Dans le but de diminuer le coût de transport, la capacité

et

la

augmentées.

puissance

des

camions

Cette

évolution

s’est

des

moteurs

diesels

développement

faite

ont

été

sensiblement

d’abord

rapides

suivant

chez

les

le

trois

constructeurs suivants : DETROIT, CUMMINS, et CATERPILLAR ; et de transmission mécanique jusqu’à des puissances de l’ordre de 600 CV pour une capacité de 80 tonnes environ. L’augmentation de puissance dans les transmissions mécaniques se poursuit puisque les prototypes de camion de 150 tonnes sont en étude ou en essai 2. Camion à propulsion électrique Dans ce cas, nous distinguons deux types de camion :  Diesel-électrique  Assisté par trolley a. Camion Diesel électrique Ce sont des camions dont le moteur Diesel entraîne soit une génératrice qui, grâce à une excitatrice, produit du courant continu, soit un alternateur qui produit du courant alternatif. Ce dernier est redressé en courant continu et fait actionner le moteur installé dans les roues motrices arrière fonctionnant sous une tension de 500 V et alimenté en parallèle du démarrage jusqu’à la vitesse optimale préconisée de 12 km/h.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 190 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Actuellement des camions de grande capacité (100 t, 150 t, 300t…) sont fabriqués par plusieurs

firmes, surtout américaines,

entre autres GENERAL MOTORS et CATERPILLAR.

Par exemple, la

firme Caterpillar a construit un camion remorque de 240 t à deux essieux à l’arrière et équipé d’un moteur diesel de 150 CV. Ce camion a une longueur de 30 m et est actionné par les moteurs électriques placés dans les roues arrière. Le vidage se fait par le fond. Il peut atteindre une vitesse de 64.32 Km/h. Les principaux avantages de ces camions sont :  La possibilité de gravier assez facilement des pentes jadis inaccessibles  La grande capacité de transport résultant de leur rapidité et de leur puissance qui se sont constamment accrues  La possibilité d’utiliser le modèle standard, ce qui rend plus simple l’entretien des engins.  L’alimentation autonome avec des consommations des combustibles relativement basses  L’amélioration de la transmission de la puissance du moteur b. Camion assisté par trolley L’installation d’un système auxiliaire d’alimentation électrique par trolley a permis de diminuer le coût de transport dans les exploitations à ciel ouvert grâce à l’accélération de rotation des camions et à l’utilisation d’une énergie beaucoup moins chère que le gasoil. Il s’agit généralement des camions Diesels-électriques équipés des pantographes qui sont modifiés à l’entrée de la piste trolley quand ils quittent le front de travail de l’excavateur de telle sorte qu’ils deviennent des camions trolley grâce aux pantographes qui soutirent du courant continu à deux lignes aériennes (caténaires). Le courant

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 191 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

continu est envoyé directement dans les moteurs des roues motrices arrière. Un sélecteur à deux positions placées à la disposition du conducteur permet de choisir le mode d’alimentation (diesel ou trolley). En position diesel, le camion fonctionne comme une benne non équipé du système trolley et au point balisé de l’entrée de la ligne, le conducteur bascule la commande en position trolley et continue à conduire son camion comme s’il restait en mode diesel et toutes les autres opérations sont automatiques. En mode trolley, la pédale d’accélération doit être maintenue enfoncée et pendant ce temps, le moteur diesel n’assure que la ventilation des moteurs des roues et n’entraîne rien. Enfin, les commandes du mode trolley et de ralentissement sont complétées par un tableau de contrôle. Le

système

trolley

présente

les

avantages

suivants

en

comparaison du mode diesel-électrique :  Faible consommation en gasoil, le moteur diesel restant au ralenti n’entraîne rien (environ 40 % de gain en gasoil)  Gain de temps en vitesse, car en mode diesel on a une faible rampe (12 km/h), les camions mettent beaucoup de temps alors qu’en mode trolley, on a une vitesse élevée en rampe (19 km/h), ce qui réduit le temps de cycle des camions avec comme conséquence l’augmentation de la productivité de ces derniers.  Utilisation de l’énergie électrique qui coûte moins chère  Economie sur les pneus, la piste trolley est bien construite et bien entretenue Les inconvénients de système trolley sont :  Les dépenses onéreuses de maintenance  L’exigence de la main d’œuvre qualifiée et spécialisée

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 192 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

L’objectif principal du système trolley est de permettre aux camions qui empruntent la ligne trolley de parcourir le tronçon ainsi équipé en exploitant aux mieux la puissance ponctuelle de leur motorisation électrique et en roulant à la plus grande vitesse possible pour optimiser leur productivité.

VI.3.3 Etude du cycle de l’unité de transport a. Nombre d’unités à maintenir en circuit Le nombre d’unités de transport à maintenir en circuit est le nombre optimum d’unités de transport qui permet d’établir un équilibre entre le débit de l’engin de chargement et celui de l’unité de transport. a.1 Opérations à trajet fixe Ces opérations sont celles qui se déroulent sur un circuit déterminé d’avance et comportant des déclivités constantes. Dans ce cas, nous calculons le nombre d’unités de transport nécessaires à l’évacuation d’un certain débit horaire d’un engin de chargement (par exemple le transport des minerais tout venant du stockage remblais à minerais) à l’usine de traitement (laverie, concentrateur…). La connaissance des débits horaires effectifs d’un excavateur et de l’unité de transport permet d’estimer le nombre d’unités à maintenir en service par l’expression suivante : N=

Dch (unités) ; avec : Dtr

• N : le nombre d’unités de transport • Dch : le débit horaire effectif de l’excavateur • Dtr : le débit horaire effectif de l’unité de transport En effet, en admettant que l’excavateur fonctionne à débit uniforme et que l’on connaît son coefficient d’utilisation effective

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 193 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

(CUE), le débit horaire effectif de l’excavateur peut être calculé par l’expression suivante : Dch =

60 * Ctr * CUE (m3/h) ; avec : tc

• Ctr : la capacité nominale de la benne • CUE : le coefficient d’utilisation effective de l’excavateur • tc : la durée du cycle de chargement de l’unité de transport en minutes Le débit horaire effectif de l’unité de transport se calcule par l’expression suivante : Dtr =

60 * CUB * Ctr (m3 /h) ; avec : T

• CUB : le coefficient d’utilisation effective de la benne • T : la durée du cycle complet de la benne en minutes En remplaçant dans la formule de N les termes Dch et Dtr par leurs expressions, la formule pour calculer le nombre d’unités de transport devient :

N =

CUE * tcy CUB * tc

(Unités) ; avec :

 N= le nombre d’engins à maintenir en circuit,  CUE = le coefficient d’utilisation effective de la chargeuse,  CUB = le coefficient d’utilisation effective de la benne,  tcy = le temps de cycle de la benne,  tc = le temps de chargement de la benne. a.2 Opérations à trajet variable Ce sont les opérations qui se situent sur un parcours dont la longueur, les pentes et la nature de la piste sont sujettes à des variations. Dans ce cas, il est nécessaire de trouver la distance à laquelle le nombre donné d’unités de transport peut permettre

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 194 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

d’obtenir un débit voulu (par exemple le transport des minerais du front jusqu’à la trémie). Dans toute opération de ce genre, nous devons maintenir l’équilibre entre le débit de l’excavateur et celui des unités de transport, c’est-à-dire qu’au fur et à mesure que le parcours s’allonge, il faudra mettre en service le nombre nécessaire d’unités de transport pour que l’engin de chargement puisse fonctionner avec un coefficient d’utilisation absolu supérieur à 90 %. De ces considérations, il s’agit de déterminer la longueur du trajet au-delà de laquelle les unités de transport

n’arrivent

plus à

temps au lieu de chargement et fixer, par conséquent, le moment où nous devons introduire une nouvelle unité de transport dans le circuit. Cette longueur s’appelle distance critique pour le nombre d’unités de transport donné. Si nous tolérons l’allongement des parcours supérieur à la distance critique, l’excavateur subit des pertes à cause de l’attente d’unités de transport. Par contre, si nous devançons

le moment

auquel la distance critique est atteinte, les engins de transport se trouveraient en attente devant l’excavateur. Considérons deux unités de transport dans un chantier, l’une au chargement et l’autre en circulation, on cherche à obtenir que cette dernière fasse exactement tout le trajet (aller et retour) et le déchargement pendant le temps que nécessite le chargement de la première unité. L’équilibre recherché est donné par l’expression suivante : tc = ta + tr + tvc + tvd (min) ; avec :

• tc : durée de chargement de l’unité de transport • ta : durée du parcours avec charge (trajet aller) • tr : durée du parcours à vide (trajet retour)

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 195 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• tvc : temps de virage, de manœuvre et de mise en position au chantier sans tenir compte de la durée de chargement Posons : • t2= ta + tr • tv= tvc + tvd La relation pour calculer tc devient : tc= t2 + tv ; ce qui donne t2 = tc-tv Ce qui signifie que la durée d’un aller-retour de l’unité de transport ne doit pas dépasser la différence entre le temps nécessaire au chargement et celui nécessitant les virages, les manœuvres au point de déchargement et de chargement y compris l’opération de déversement de l’unité de transport. Connaissant la formule de la vitesse moyenne donnée par :

Vm =

n 1 1 1 + + ... + V1 V2 Vn

=

n n

1 ∑ i = 1 Vi

(m) ; avec Vi, la vitesse de

l’unité de transport sur le trajet i. On peut calculer la longueur L

2

que l’engin de transport a

parcouru pendant le temps t2 : L

2

= Vm. t2 =Vm (tc-tv)

En introduisant une troisième unité de transport dans le circuit, on donne à chacune des deux premières le temps de rouler pendant la durée de chargement de la troisième unité. Par conséquent, la distance critique L L

3

3

devient :

= Vm (2 tc – tv)

Pour N unités de transport roulant à la vitesse moyenne vm, la distance critique est donnée par l’expression suivante :

Ln = Vm (( n − 1 ) tc − tv ) . Avec Ln= la distance critique en m,

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 196 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Vm= la vitesse moyenne en m/s, N= le nombre d’unités en circuit, tc= le temps de chargement, tv= le temps variable qui vaut ta+tr, la somme de temps d’aller en charge et de retour à vide. L’allongement du trajet aller-retour à partir duquel l’introduction d’une unité nouvelle s’impose est calculé par : An= L

3

–L

2

= Vm* tc

An = tc * Vm Avec An= l’allongement du trajet, tc= le temps de chargement, Vm= le vitesse moyenne de la benne. Si nous avons le trajet aller en charge La égal au trajet retour à vide Lr, l’augmentation de la distance entre les points de chargement pour laquelle il y a lieu d’introduire une nouvelle unité de transport est donné par :

∇ L = Vm

tc 2

Avec ∇L = l’augmentation de distance en m, Vm=la vitesse en moyenne en m/s, tc= le temps de chargement en s. Remarque : La maison Caterpillar recommande la mise en service des unités de transport surtout

avant d’avoir atteint l’allongement à cause

des prix de revient à l’heure de

remise du fait de

l’amortissement de la main d’œuvre. Le tableau ci-dessous donne les coefficients d’avance économique à affecter lors de l’introduction de nouvelles unités de transport.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 197 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Introduction de l’unité de

Avance à donner en proportion de

transport

∆L calculée (en %)

3

45 à 55

4

40 à 50

5

35 à 45

6

30 à 40

7

25 à 35

8

20 à 30

9

15 à 25

10

10 à 20

Exemple numérique Dans le

cas de quatre unités de transports en service pour

laquelle la distance critique est de 756 m, la distance critique pour cinq unités étant de 1056 m ; on recommande de procéder à l’introduction de la cinquième unité avec une avance : 0.35 (1056-756)=105 m 0.45 (1056-756)=135 m On a l’avantage de mettre en service cette unité de transport lorsque la longueur du circuit atteint : (1056-105)=951 m 1056-135=921 m C'est-à-dire entre 921 m et 951 m b. Camions-bennes utilisés comme engins de transport Le temps mis par un camion pour effectuer un cycle complet est donné par l’expression suivante : T = tmc + ta + tc + (

60 60 L + ). + tmd + td (Minutes) ; avec : V1 V 2 2

 tmc : temps de manœuvre au chargement  ta : temps d’attente avant le chargement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 198 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

 tc : temps de chargement  V1 : vitesse du camion chargé, trajet aller, en km/h  V2 : vitesse du camion vide, trajet retour, en km/h  L : distance parcouru au cours d’un aller-retour en km  tmd : temps de manœuvre au point de déchargement  td : temps de déchargement Tous les temps s’expriment en minutes. Le nombre de camions nécessaires pour desservir un excavateur est donné par la formule suivante : N=

T tmc + ta + tmd + td 30.L 1 1 = 1+ + ( + ) (Unités) tc tc tc V1 V 2

c. Rendement horaire d’un camion benne Le rendement horaire d’une benne se calcule par la formule :

Rhb = N * Cb * Kr Avec N=le nombre de cycles par heure, Cb=la capacité nominale du camion, Kr=le coefficient de remplissage du camion. Pour déterminer le nombre de cycles par heure, nous le calculons par la formule :

N = 60

CUA tcy

Avec CUA=le coefficient d’utilisation absolu de la benne, tcy =le temps de cycle en minutes. d. Productivité horaire d’un camion-benne La productivité horaire d’une benne se calcule par : Pr o = Rhb * Dst (m3 km.st/h).

Avec Pro=la productivité horaire de la benne en m3 km.st/h, Rhb=le rendement horaire de la benne en m3/h, Dst=la distance standard de la mine en km.st.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 199 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Nous savons que Rhb=N*Cb*Kr et que N = 60

donne

Rhb = 60

CUA , ce qui tcy

CUA Cb * Kr tcy

Le temps de cycle tcy= tf+tv ; avec tf= le temps fixe en minute et tv=le temps variable en minutes également. tv = 2

Dst Vm

Avec Dst : la

distance standard en km.st et Vm : la vitesse moyenne en km/min. Vm

=

2

Va Va

+ Vr * Vr

Avec Va : la vitesse aller (camion chargé)

et Vr : la vitesse retour (camion vide), en km/min. D’où

N

=

60 tf

* CUA Dst + 2 Vm

.

Ainsi, la productivité horaire se calcule par : Pr o =

60 * Cb * Kr * CUA Dst Dst tf + 2 Vm

En négligeant le terme tf, l’expression de la productivité horaire devient :

60 * Cb * Kr * CUA*Vm Pr o = 2

(En m3 km st/h).

VI.4 Transport par courroie transporteuse

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 200 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VI.4.1 Généralités Le transport

par courroie transporteuse dans les mines à ciel

ouvert contemporaines a pris un départ très rapide qui lui done une place de choix surtout dans les mines à ciel ouvert où le recouvrement superficiel est important. Comme la courroie assure un transport continu, soit depuis l’excavateur associé au concasseur mobile ou pas jusqu’à l’engin d’épandage appelé remblayeuse (stacker), soit à partir d’un concasseur semi mobile ou fixe installé à l’intérieur de la carrière jusqu’à la mise en terril ou au stockage du minerai par une remblayeuse. Elles ont une tendance à supplanter le transport par train ou par camionsbennes dans les carrières profondes. On parle actuellement d’une véritable ère de transport par courroie transporteuse survenu avec l’apparition de l’excavateur géant (roue-pelle, excavateur à chaîne à godet…) ainsi que l’utilisation des concasseurs mobiles, semi mobiles et fixes dans les mines à ciel ouvert. Lors de l’utilisation des courroies transporteuses dans les mines à ciel ouvert, la production annuelle peut s’élever à plus de 50 000 000 de tonnes. Pour transporter un tel tonnage, il faut avoir des bandes ayant la largeur supérieur à 2 m et circulant à une grande vitesse (4.5/s et plus)

VI.4.2 Construction des courroies transporteuses Les

courroies

transporteuse

sont

composantes : la carcasse et le revêtement. 1. la carcasse a. Définition :

constituées

de

deux

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 201 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

La carcasse est formé de tôles textiles à une ou plusieurs plis imprégnés de caoutchouc sur les deux côtés afin d’assurer l’adhérence et la flexibilité. Dans le sens longitudinal, on utilise le terme chaîne ; et dans le sens transversal, trame.

Les tôles des courroies transporteuses de même matériau en chaîne et en trame ou en matériaux différents, chacun des matériaux est désigné par un symbole EP où E signifie polyester en chaîne et P polyamide en trame. Nous donnons un matériau de carcasse le plus employé : Polyester Polyamide EP : les toiles EP sont constituées de polyester en chaîne et de polyamide en trame. Cette combinaison assure à la toile des propriétés apportant des avantages suivants :  résistance élevée par rapport au poids  grande résistance aux impacts  allongement minime  grande flexibilité et bonne formation à l’auge  insensibilité à l’humidité et aux micros organismes b. Fonctions La carcasse a pour fonctions d’une part de transmettre et d’absorber les efforts auxquels est soumise la bande. Il s’agit des

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 202 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

efforts de traction transmis par le tambour moteur ; d’autre part, la carcasse doit absorber les impacts produits au chargement de la matière sur la transporteur ou au passage de la bande chargée des matières sur les rouleaux porteurs. 2. Revêtement Il a pour fonctions de protéger la carcasse et d’assurer les frottements nécessaires entre la bande et le tambour moteur et entre la bande et la matière transportée. Le revêtement doit résister à la fois aux effets de la matière transportée et aux intempéries. Cette double fonction nécessite l’emploi des types de revêtement qui répondent aux impératifs de résistance à l’abrasion, aux huiles et à la chaleur, ou qui possèdent une combinaison de deux ou plus de ces propriétés. 3. Construction des bandes Par construction des bandes, il faut entendre la combinaison de la carcasse et du revêtement. Cette combinaison est un facteur décisif, pour l’obtention d’une construction des bandes bien équilibrées assurant un fonctionnement sans problème. Dans la constructions des bandes bien équilibrées, la carcasse est capable de transmettre la puissance nécessaire compte tenu de la nature de la matière, sa granulométrie et sa hauteur de chute. L’accroissement de la résistance de la carcasse est normalement caractérisé par une augmentation de l’épaisseur et de la qualité du revêtement afin d’assurer une durée de vie uniforme de la carcasse et du revêtement.

VI.4.3 Installation des courroies transporteuses 1. Schéma de principe d’installation des courroies transporteuses Après

le

schéma

de

principe

d’installation

de

courroie

transporteuse, nous allons parler successivement du brin porteur, du brin retour, d’alimentation de produits en vrac sur la bande

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 203 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

transporteuse, du nettoyage des bandes et de installations, et du système de tension. a. Schéma de principe

b. Brin moteur Le brin moteur est une partie d’une courroie de transmission soumise à l’effort de traction. Le brin moteur peut avoir pour soutien : • Une batterie à rouleaux formés en auge, préférable dans les exploitations minières • Une batterie à rouleaux plats • Un support de glissement i. Batterie de rouleaux à auge : Il s’agit d’une batterie de 2 à 5 rouleaux. Elle présente les avantages suivants : • Une grande capacité • Un faible risque de perte de produits ou matières • Un guidage efficace de la bande ii. Batterie à trois rouleaux

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 204 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

C’est le type le plus utilisé. Si les rouleaux sont de la même longueur, la capacité optimale est obtenue à un angle d’auge α de 45 °. La distance entre les rouleaux est normalisée à maximum 10 mm.

iii. Batterie à deux rouleaux En général, cette batterie ne s’utilise qu’en cas de largeur de bande inférieur à 650 mm. Un angle d’auge supérieur à 25 ° n’est utile du fait des efforts exercés sur la bande. L’écartement entre les rouleaux est normalisé à maximum 10 mm.

3. Brin de retour Le brin de retour est une partie d’une courroie de transmission non soumise à l’effort de traction. Il est généralement soutenu par des batteries à rouleaux plats. Dans le cas de transporteur de grande longueur, il peut toute fois être utile d’employer des batteries à deux rouleaux qui facilitent le guidage de la bande.

α = 10 à 15 °

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 205 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Pour tenir compte du guidage de la bande, tant les rouleaux porteurs que les rouleaux de retour doivent être réglables dans le sens des courses de la bande. 4. Chargement des produits en vrac Il est recommandé de faire le chargement dans le sens de la course et à une vitesse égale

à celle de la bande. Le matériau

transporté doit se situer autour du milieu de la bande étant donné qu’un emplacement asymétrique occasionne souvent un départ de la bande. Après quelques mètres de transport, le dépôt de la matière s’aplatit pour adopter la forme naturelle épousée par la matière. Pour éviter la perte de matière, le dispositif d’alimentation doit au maximum permettre le dépôt des matières sur 0.75*B (B étant la largeur de la bande).

En liaison avec le dispositif d’alimentation, on dispose souvent des bavettes afin d’éviter la chute des matières. Celles-ci doivent être réalisées en caoutchouc ou dans un autre matériau dont la dureté est inférieure à celle du revêtement de la bande. Ces bavettes doivent être disposés perpendiculairement à la bande de manière à éviter que la matière les presse contre la bande produisant par là une usure.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 206 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Bavette

La hauteur de chute de la matière doit être la moins élevée possible pour diminuer les effets d’impact sur la bande. Ces effets peuvent être réduits par un support utile de la bande, par exemple par des rouleaux moteurs serrés garnis de caoutchouc, une natte de caoutchouc amortisseur ou d’autres dispositifs analogues. 5. Nettoyage des bandes et des installations L’accumulation des matières sur bande, tambours et rouleaux produit une augmentation de l’usure du revêtement, une perte

de

matières en dessous des rouleaux de retour ainsi que des difficultés de guidage. Le nettoyage peut se faire à l’aide des racleurs, dispositif de battage ou de brosses ou système vibratoire, lavage au jet d’eau ou bien par une combinaison d’un ou plusieurs de ces dispositifs. Il est souvent nécessaire de faire des essais pour arriver à la solution la plus efficace. 6. Système de tension Celui-ci a pour fonction de donner une précontrainte à la bande devant assurer : • L’entraînement de la bande par le tambour moteur dans toutes les conditions d’utilisation

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 207 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• La réduction de la flexion de la bande entre les rouleaux porteurs et les rouleaux de retour. On obtient par là une diminution de la perte de matières et des résistances de flexion lors du passage de la bande sur les rouleaux. Il est donc important d’assurer une précontrainte directe pour assurer un fonctionnement sans problème de l’installation. D’après leur mode de fonctionnement, les systèmes de tension se divisent en deux groupes principaux : • Tension fixe • Tension auto réglant a. Système de tension fixe : la tension à vis est souvent employée pour les courroies transporteuses de courte longueur à charge modérée. La tension à vis n’est pas capable d’absorber tous les chocs momentanés qui peuvent se produire en cas des variations de charge subites et pendant la phase d’accélération. Aussi les installations ayant une distance entre axes supérieures à 50 m doivent elles-mêmes être munies d’un tendeur auto réglant.

b. Système de tension auto réglant Ce système maintient constante la précontrainte tout en assurant que la tension admissible de la bande n’est pas dépassée. La forme la plus couramment employée est celle d’un contre poids. Le meilleur effet est normalement obtenu en plaçant le contre poids à proximité du tambour moteur.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 208 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Dans le cas d’importantes installations à charge élevée où le contre poids ne suffit pas (action trop lente), des systèmes électriques, pneumatiques et électro hydrauliques peuvent être utilisés. Dans les conditions normales d’utilisation, le système de tension doit généralement permettre un resserrement de 0.8 à 1 % de la distance entre axes. Toute fois, il pourrait se relever indispensable de procéder à un calcul proprement dit du resserrement nécessaire. 2. Installation des courroies transporteuses dans une mine à ciel ouvert Suivant l’endroit où ils sont installés et leur usage, on distingue les convoyeurs permanents et les convoyeurs déplaçables. Les premiers sont généralement installés sur le bord inexploité de la carrière. Ils gardent leur position initiale pendant toute la durée de l’exploitation. Ce sont habituellement les courroies transporteuses de l’infrastructure

lourde

et

solide

avec

la

largeur

de

la

bande

transporteuse permettant de concentrer des matériaux qui viennent des fronts d’attaque.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 209 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

1. L’installation de la courroie transporteuse dans une tranchée perpendiculairement au front des gradins. Fig. a 2. L’installation de la courroie transporteuse dans une demi tranchée d’accès en diagonale par rapport au front des gradins. Fig. b 3. L’installation de la courroie transporteuse sur une estacade fixe. Fig. c 4. L’installation de la courroie transporteuse dans un puits incliné. Fig. d

Parmi les courroies transporteuses déplaçables, on distingue les convoyeurs du front de travail et les convoyeurs collecteurs : • Les

convoyeurs

du

front

de

travail

sont

installés

parallèlement au talus du gradin sur la plate forme de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 210 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

travail, au voisinage des excavateurs. Ils sont destinés à transporter les roches arrachées depuis les fronts de travail jusqu’aux

convoyeurs

collecteurs.

Ils

sont

déplacés,

allongés ou raccourcis au fur et à mesure de la progression du front d’excavation en direction prévue. Magasin de minerai

Chemin de fer Convoyeur d’élévation Pont de transfert

Convoyeur principal

Trémie de reception

Chargeuse frontale

Convoyeur collecteur

Convoyeur de front Excavateurs

• Les convoyeurs collecteurs sont aussi installés sur les plates formes de travail où leur position demeure immobile pour une période longue. La courroie transporteuse principale ou convoyeur principal est considérée

comme

un

convoyeur

permanent.

Il

est

destiné

à

concentrer les produits de plusieurs convoyeurs collecteurs pour les transporter au convoyeur d’élévation. Les différents convoyeurs sont réunis par des ponts de transfert. Lorsque l’excavation se fait au moyen d’un excavateur à godet unique ou une chargeuse frontale, le chargement des convoyeurs du front de travail s’effectue par l’intermédiaire d’une trémie de réception munie d’une grille fixe associée au concasseur mobile ou pas.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 211 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VI.5 Transport combiné VI.5.1 Généralités La volonté d’améliorer le résultat d’exploitation en mine à ciel ouvert a fait naître l’idée de combiner les différents moyens de transport de manière à les utiliser rationnellement dans les carrières. D’une façon générale, les circuits de transport dans les mines à ciel ouvert peuvent être classés en trois étapes principales : 1. Les voies sur les niveaux d’exploitation par lesquelles les moyens de transport sont desservis par les engins de chargement 2. Les voies dans les tranchées inclinées par lesquelles les produits sont transportés depuis les niveaux inférieurs d’exploitation jusqu’à la surface du sol 3. Les voies sur la surface du sol qui assurent une liaison entre la zone minière et les usines de traitement Les moyens de transport de la première étape doivent assurer le fonctionnement continu des engins de chargement dans les conditions minières assez difficiles. Les plates formes de travail sont souvent étroites et insuffisantes pour les manœuvres libres des engins où l’excavation sélective s’impose ainsi que le débitage secondaire des gros blocs et le nivelage de la bande de transport. A l’heure actuelle, les moyens de transport ont les camions et les scrapers à roues. Parmi les moyens de transport de seconde étape, ces derniers doivent répondre à deux impératifs : • Etre capables de gravir des pentes fortes • Assurer

une

l’évacuation

grande des

capacité

produits

de

sur

transport

lors

plusieurs

niveaux

d’exploitation Le transport préférable est la courroie transporteuse.

de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 212 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les

moyens

de

transport

de

la

troisième

étape

doivent

transporter de manière suffisante le minerai tout venant de la carrière pour une distance parfois grande ou considérable. C’est le transport par chemin de fer et par camions qu’on utilise dans la plupart des cas.

VI.5.2 Différentes constructions des points de transfert Il existe plusieurs constructions des points de transfert lorsqu’on utilise le transport combiné. Le schéma le plus simple consiste à décharger les camions directement dans les wagons du chemin de fer d’un seul côté du pont de transfert, soit des deux côtés de celui-ci. A

Wagons de chemin de fer

Coupe A-A’

Camion-benne

Mur permettant de fixer la position du camion lors du déchargement A’

Pour assurer le travail indépendamment des différents moyens transport, on fait quelques fois les points de transfert sous forme de tas de minerais abattus qui représentent en même temps les points de manœuvre des camions et de leur déchargement. Dans ce cas, le

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 213 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

chargement des wagons de chemin de fer se réalise par des excavateurs à godet unique. Chemin de fer

Excavateurs

Tas de remblais à minerais

Piste de camions sur la plate-forme de déchargement

La capacité du pont de transfert indépendant est plus grande par rapport au schéma précédent, par contre lorsque le transport est combiné par des camions et des convoyeurs à bande, le schéma le plus rationnel du pont de transfert comprend une grille à barreaux inclinée qui laisse passer directement sur le convoyeur 3 les blocs de pierre dont la granulométrie convient aux impératifs de ce moyen de transport, tandis que les gros blocs passent par le concasseur 2 avant d’arriver sur le convoyeur 4.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Page 214 sur 254

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 215 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP VII ENGINS DE TERRASSEMENT ET MISE EN TERRIL VII.1 Engins de terrassement Il s’agit de l’ensemble des travaux destinés à modifier la forme d’un terrain.

VII.1.1 Bulldozers ou Bouteurs

Ce sont des engins de terrassement utilisés habituellement dans toutes les carrières. L’équipement d’attaque du bulldozer est une lame directement montée à l’avant du tracteur sur chenilles ou sur pneus. Les mouvements de l’équipement d’attaque sont commandés, soit par câbles, soit par un dispositif hydraulique spécial. 1. Mode opératoire La pénétration de la lame dans le terrain s’effectue sous l’action du poids propre de l’équipement d’attaque. Quand le bulldozer avance, la

lame

découpe

un

ruban

de

terre

dont

l’épaisseur

varie

habituellement entre 10 et 30 cm. Au fur et à mesure du déplacement

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 216 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

de l’engin, les copeaux découpés s’accumulent devant la lame. Le rendement peut aller jusqu’à 200 m3/h avec la distance favorable au transport variant de 25 à 50 m. Les tracteurs à chenilles sont utilisés dans le cas où il est nécessaire d’assurer un effort de pousser important. 2. Débit du bulldozer Pour déterminer le débit du bulldozer, il faut examiner la durée de cycle d’opération ainsi que la matière déplacée à chaque cycle. Les différents modes d’opération les plus courants pour l’emploi du bulldozer sont décrits ci-dessous : a. Remblayage ou excavation en navette

On a les phases suivantes : • Voyage aller en charge (à calculer) • Inversion de marche, en moyenne 0.17 min • Voyage retour (à calculer) • Inversion retour à la marche avant, en moyenne 0.17 min • Voyage en excavation à flancs de coteau (sur courte distance) o On a les phases suivantes : • Excavation et course aller : 0.17 min

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 217 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Virage et déversement : 0.18 min • Course retour marche arrière : 0.18 min • Inversion, retour en marche avant : 0.17 min En général, le cycle complet varie de 0.85 à 0.9 minute.

c. Déplacement d’un talus ou remplissage d’une tranchée effectuée généralement sur une courte distance

On a les phases suivantes : • Excavation et course aller : 0.18 min • Inversion de marche : 0.17 min • Marche arrière à la nouvelle position : 0.18 min • Inversion retour à la marche avant : 0.17 min D’une façon générale, le cycle complet varie de 0.65 à 0.75 min. La vitesse avant en charge est de 2.4 à 2.8 km/h environ, c’est l’allure

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 218 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

à laquelle les matériaux se maintiennent le mieux devant la lame. La vitesse retour en marche arrière est de 2.50 à 3.20 km/h selon le type de tracteur utilisé. Avec un tracteur à deux vitesses arrières, l’allure de retour peut varier entre 6 et 9.8 km/h, la durée du cycle peut diminuer de 15 à 20 %, avec comme conséquence, l’augmentation du rendement. La quantité des matières successibles d’être refoulées à chaque cycle d’opération est donnée par la formule suivante : Vr = l.

h2 . u (m3) ; avec : 2 * tgα

• Vr : volume refoulé en m3 • l : longueur de la lame en m • h : hauteur de la lame en m • α : angle de talus d’éboulement naturel de la matière refoulée • u : coefficient de proportionnalité qui est une constante On admet pour u les valeurs suivantes o u=0.80 : pour le sable,

le gravier et les roches

abattues o u=1 : pour la bonne terre de remblayage Le débit horaire théorique

des matières désagrégées que peut

refouler le bulldozer est donné par l’expression suivante : D' = 60.

Vr (m3/h) ; avec : t

t : la durée du cycle d’opération en min Le débit horaire effectif de la matière en place, compte tenu du rendement horaire et du rendement général du chantier, est donné par l’expression suivante :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 219 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

50 Vr . .ρ ch t f (m3/h) 60 *Vr * CUA ou D = t* f D=

Dans le calcul du débit, il faut également tenir compte de ce que la masse refoulée diminue de 5 % par 30 m de course, à moins que la lame continue à creuser partiellement sur le parcours, ce qui lui permet de remplacer la matière perdue sur les côtés en cours de marche de l’engin. Lorsqu’on opère à la descente, le débit augmente selon la nature de la matière refoulée d’environ 4 à 8 % par 1% de pente par rapport aux valeurs obtenues en palier. A la montée au contraire, le débit diminue d’environ 2 à 6 % par 1 % de rampe. Le tableau suivant montre la variation du rendement du bulldozer lors du rabattage pour une longueur inférieure à 30 m : Conditions de rabattage

Rendement relatif en %

Copeaux horizontaux

100

Copeaux inclinés descendants 10°

160

Copeaux inclinés descendants 20°

220

Copeaux inclinés montants 10°

60

3. Domaine d’emploi Ces engins servent aux travaux suivants : • Débroussailler et enlever les troncs d’arbre lors des travaux de découverture • Confectionner des caniveaux • Confectionner et entretenir des pistes • Nettoyer et préparer du terrain autour des pelles et bennes pour aplanir la plate forme de travail

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 220 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Approcher les terrains ou les produits abattus après le minage primaire • Sortir les blocs à pétarder • Tirer les pelles ou les bennes embourbées

VII.1.2 Niveleuses ou Graders

1. Définition La niveleuse est un engin de terrassement utilisé pour le nivellement des terrains. Son équipement essentiel est une lame à profil incurvé dont la longueur détermine le modèle 2. Types de niveleuses On distingue : • Les niveleuses auto motrices • Les niveleuses attelés 2.1 Niveleuses auto motrices Elles sont très manoeuvrables et permettent de régler la position de la lame dans le plan horizontal ou même de la déporter sur le côté. 2.2 Niveleuses attelés Elles

ont

automotrices,

les mais

mêmes ne

caractéristiques

possèdent

pas

de

que

les

moteur.

niveleuses Elles

sont

remorquées par des tracteurs à chenilles et sont très moins performantes que les niveleuses automotrices.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 221 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

En ce qui concerne la manoeuvrabilité, la commande de la niveleuse attelée nécessite un opérateur qui se tient sur la niveleuse en plus du conducteur du tracteur. Ce type de machine ne se construit presque plus et est appelé à disparaître. 2.3 Classification des niveleuses automotrices On peut classer les niveleuses automotrices de plusieurs façons. Nous allons considérer trois cas, d’après : • Le poids • L’équipement propulseur • Le système de commande de la lame 1. D’après le poids a. Machines légères (pesant moins de 9 tonnes) : ces niveleuses sont employés dans les travaux d’entretien et les petites réparations des routes et pour la construction des chemins en terre. b. Machines moyennes (pesant 10 à 15 tonnes) : elles sont employés pour établir les plates-formes routières à faible hauteur de remblais et à faible profondeur des déblais dans le terrain ayant une humidité optimale. Ces machines sont également employées pour les travaux de réparation de moyenne importance. c. Machines très lourdes (pesant de 14 à 23 tonnes) : elles sont souvent employées dans les travaux importants et dans les terrains assez durs 2. D’après l’équipement de propulsion Nous avons des machines à deux essieux (avec un seul ou les deux essieux moteurs) et des machines à trois essieux (avec deux ou tous les trois essieux moteurs) Sur

une

niveleuse

automotrice,

l’essieu

directeur

est

habituellement avant. Par ailleurs, sur certaines niveleuses, l’essieu avant et l’essieu arrière sont tous directeurs. Ce qui permet à ces machines de tourner avec un rayon beaucoup plus facile et de

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 222 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

progresser de manière que les roues arrière ne déplacent pas les chaussées terminées. Pour les raisons de commodité, on emploi souvent la notation suivante pour indiquer le nombre d’essieux moteurs et d’essieux directeurs sur une niveleuse selon A*B*C ; avec : • A : le nombre d’essieux à roues directrices • B : le nombre d’essieux moteurs • C : le nombre total d’essieux Les machines à trois essieux dont deux sont moteurs et un directeur se notent : 1*2*3. Ces machines ont des meilleurs systèmes de réglage que les autres niveleuses automotrices. De plus, elles ont des bonnes qualités de traction et peuvent avancer en ligne droite d’une façon stable même quand elles supportent une charge latérale. Par exemple lorsque la lame est déportée latéralement. La très grande majorité des niveleuses automotrices dont toutes les roues sont motrices coûtes très chères et sont très difficiles à utiliser que les autres types. On les emploie sur les terrains assez durs et lorsqu’on a besoin d’excellentes qualités de traction. 3. D’après le système de commande de la lame On distingue deux systèmes de commande de lame : • Mécanique par réducteur • Hydraulique 2.4 Domaines d’emploi Les niveleuses occupent une place particulière dans les travaux de terrassement. Elles interviennent au dernier stade de la plupart des travaux de terrassement, elles ne peuvent pas servir aux travaux lourds d’excavation. Elles ne sont économiques qu’en plaine, sur faible pente, en terrains alluvionnaires sans racines, ni roches, en général dans tous les sols labourables. Elles sont alors les moins chères des tous les engins de terrassement.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 223 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

En revanche, elles ne peuvent travailler dans des sols très humides et de la boue. Dans le sable sec, l’opération ne donne pas des bons résultats à cause du déversement par-dessus la lame.

VII.1.3 Scrapers

1. Généralités Les scrapers sont des engins de terrassement constitués par des bennes surbaissées permettant s’araser le sol par raclage, de transporter les matériaux enlevés et les répandre en un point de décharge. De plus, un scraper qui circule sur une couche fraîchement épandue effectue un premier compactage de cette couche. Par leur conception, les scrapers travaillent dans des terrains meubles en faisant des rabotages successifs horizontaux ou inclinés à l’intérieur de la plate forme de travail. Les copeaux varient entre 10 et 15 cm dans des terrains consistants mais fissurés, ou entre 20 et 35 cm dans des terrains mous, tendres et boueux. L’angle d’inclinaison du chantier de la plate forme peut varier entre 6 et 8°, voire 10 et 12°. En terrain compact, la mise en œuvre des scrapers est précédée d’un ameublissement préalable exécuté au moyen des bulldozers munis des rippers.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 224 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

2. Cycle de travail Pour attaquer le terrain, on lève le volet supérieur et on abaisse la benne munie d’une lame racleuse. Pendant la progression du scraper, la lame racleuse, en pénétrant, découpe un ruban du sol de 0.10 à 0.35 m d’épaisseur, assurant ainsi le remplissage de la benne. Après ce remplissage, on relève la benne et on la fixe à sa position de transport qui est maintenue jusqu’au point d’épandage ou de déversement. A cet endroit, la benne est au niveau abaissé, le volet baissé et la paroi mobile en avançant à l’intérieur de la benne pousse la matière. Le vidage peut être effectué de deux façon : • Soit par parois coulissants éjectives • Soit par soulèvement et culbutage de la benne. Ces deux méthodes assurent l’une et l’autre une évacuation totale des matériaux déchargés. Après le vidage de la benne, la paroi postérieure est ramenée à sa position initiale, volet fermé, la benne placée dans sa position de transport, le scraper retourne à sa position initiale, sa plate forme de travail. Les terrains qui conviennent au mieux aux scrapers à roues sont les

sables

argileux

non

très

humides

car

ces

matériaux

remplissent très bien la benne. Il ne faut pas les faire travailler dans les terrains contenant des grosses pierres. 3. Classification selon le mode de traction Selon leur mode de traction, les scrapers à roues peuvent être classés en deux catégories principales : 1. Scrapers remorqués : ces scrapers sont tirés par des tracteurs sur pneus ou sur chenilles. La vitesse de transport est comprise habituellement entre 20 et 60 km/h 2. Moto scraper : ils sont automoteurs, entièrement montés sur pneus, c'est-à-dire avec tracteur à pneumatique. La

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 225 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

distance de transport lors du travail peut atteindre 2 km/h, et la vitesse peut aller jusqu’à 60 km/h. La capacité de la benne varie de 10 à 30 m3. 4. Calcul du débit du scraper à roues 4.1 Généralités Le débit horaire volumétrique et théorique D’ du scraper est déterminé par la capacité nominale C de la benne multipliée par le nombre de cycles d’opérations de la benne par heure. D' = C.

60 (m3/h) ; avec : T

• C : capacité nominale de la benne en m3 • T : duré d’un cycle complet du scraper en min Le débit horaire effectif D peut être calculé par les expressions suivantes : 50 * C * ρ ch T* f (m3/h) 60 * C * CUA et D = T*f D=

4.2 Charge effective transportée La charge effective que peut prendre le scraper n’est pas toujours égale à la capacité nominale de l’engin, mais reste au contraire, dans la majorité des cas, inférieure au chiffre indiqué par le constructeur. Le

taux

de

remplissage

de

la

benne

est

fonction

des

caractéristiques du sol (le teneur en eau, l’indice des vides, la porosité, la densité du sol…) et de leur incidence sur la cohésion et l’angle de frottement interne. La charge ne varie pas seulement avec la nature du terrain excavé, mais aussi selon le facteur de traction qui permet l’adhérence, la

puissance

du

tracteur,

l’emploi

d’un

pusher

normalement), l’utilisation d’un scraper sur descente.

(bulldozer

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 226 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

4.3 Durée du cycle d’opérations

• C : excavation avec chargement simultanés • Xc : rebroussement au lieu d’emprunt • La : parcours aller, scraper chargé, du lieu d’emprunt au lieu d’épande • Xd : rebroussement au lieu de déchargement • D : vidage dans la zone d’épandage • Lr : parcours retour du scraper 4.3.1 Cas des tracteurs à chenilles Les parcours La et Lr sont des longueurs variables selon la progression du front d’attaque et celle du remblai ou la vitesse moyenne Vm de ce double parcours se calcule par l’expression suivante, en considérant que La = Lr :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 227 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Vm =

2 1 1 + Va Vr

=

2 *Va.Vr Va + Vr

Connaissant la vitesse moyenne Vm, on peut calculer la partie variable de la durée de cycle par la formule suivante : Tvr =

La + Lr 2.L (Va + Vr ).L = = Vm Vm Va.Vr

Le temps fixe se compose de : • tc : durée d’excavation avec chargement simultanés • td : durée du vidage dans la zone d’épandage • txc : durée de rebroussement au lieu de raclage • txd : durée de rebroussement au lieu de déchargement On considère une marge de temps de 0.5 min observée pour le changement de vitesse. Cette marge fait aussi partie du temps fixe. D’où la formule du temps fixe est donnée par : Tf = tc + txc + td + txd+ 0.5 (min) En pratique, d’après plusieurs essais et études menés, la durée du temps fixe varie de 1.5 à 2.5 min. La durée T du cycle est égale à la somme du temps fixe et du temps variable : T= Tvr + Tf T=

(Va + Vr ) .L + (1.5 à 2.5) (min) Va.Vr

Si La diffère de Lr, la formule devient : T=

(Va + Vr )( La + Lr ) + (1.5 à 2.5) (Min.) 2 *Va.Vr

4.3.2 Cas des motos scrapers Les opérations du cycle du scraper automotrices sont à peu près les mêmes que celle qui sont spécifiées pour le scraper remorqué. La différence est que le temps fixe Tf a une composition différente :

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 228 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Pour le déchargement, on admet pratiquement comme valeur moyenne l’expression suivante : td= (0.26 à 0.36)tc • Pour le rebroussement et le ralentissement à proximité du lieu d’emprunt et à la zone d’épandage, le moto scraper ne peut pas maintenir sa vitesse de croisière relativement élevée car l’état des pistes au voisinage immédiat de ces deux lieux ne saurait le permettre. On peut admettre, pour le rebroussement au lieu d’emprunt, l’expression suivante : Xc = Xd. Par ailleurs, au voisinage de la zone d’épandage, on peut admettre que Xd = 2 C. En admettant qu’aux extrémités du trajet, les vitesses moyennes sur le parcours, Xc et Xd, sont les mêmes et correspondent à l’allure du moto scraper Vd ; nous avons : txc =

Xc Xd et txd = . Vd Vd

• Pour le temps fixe, quelques pertes sont inévitables, provoquées par le changement de vitesses, les freinages et les ralentissements aux courbes. Ces pertes de temps sont estimées à une minute. Ainsi, l’expression du temps fixe est donnée

par :

Tf = tc + td + txc + txd + 1 = tc + (0.26 à 0.36).tc + Tf

= (1.26 à 1.36).tc +

3.C 2.C + +1 Vd Vd

5.C +1 Vd

En considérant que La et Lr égalent L, la durée totale du cycle du motoscraper est donné par l’expression suivante : T= Tvr + Tf T=

(Va + Vr ) 5.C .L + (1.26 à 1.36 ).tc + +1 Va.Vr Vd

Si La=Lr : T=

(Va + Vr )( La + Lr ) 5.C + (1.26 à 1.36).tc + +1 2.Va.Vr Vd

5. Domaines d’application des scrapers à roues

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 229 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Ils sont utilisés pour les divers travaux suivants : • Enlèvement des terrains de recouvrement superficiel et excavation du minerai dans les gisements alluvionnaires et éluvionnaires • Creusement des tranchées • Construction des routes • Réalisation des remblais • Nivellement des terrains à bâtir

VII.2 Mise en terril et constitution des remblais à minerai VII.2.1 Généralités Dès que les travaux miniers sont entrepris dans une mine à ciel ouvert, les problèmes de constitution de terril et des remblais à minerai s’imposent de plus en plus à cause de l’augmentation progressive du volume de stérile et l’approfondissement des travaux d’exploitation. La mise en terril constitue une part tellement importante de l’activité d’une mine à ciel ouvert de sorte qu’il existe même une classification des méthodes d’exploitation à ciel ouvert basée sur les particularités technologiques des opérations de constitution des terrils dans les conditions différentes. D’une façon générale, l’aménagement des terrils doit répondre aux impératifs suivants : • La capacité suffisante correspondant au rendement de l’enlèvement des stériles ou mort terrain • Le choix de l’emplacement convenable situé en dehors des travaux productifs ou la configuration finale de la mine à ciel ouvert et par ailleurs non loin de cette configuration

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 230 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• La sécurité du personnel et la préservation de l’équipement

VII.2.2 Distinction des terrils Selon

l’emplacement

des

terrils

par

rapport

au

champ

d’exploitation, on distingue des terrils intérieurs et des terrils extérieurs. Dans le premier cas, les terrils sont constitués dans l’espace vide crée par l’enlèvement des morts terrains et des minerais. Dans le second cas, on les place en dehors de la configuration finale de la carrière à des endroits spécialement réservés à cet usage. Qu’ils soient intérieurs ou extérieurs, les terrils peuvent s’étendre à partir de l’endroit choisi par déplacement parallèle, en éventail, en courbe ou en anneau du front de déblais. 1. Terrils intérieurs Ils sont généralement constitués lors de l’exploitation des gisements en plateure ou couches horizontales de grande étendue. Dans le cas simple, la mise en terril se réalise directement par des excavateurs utilisés à l’enlèvement des morts terrains. S’il s’agit des roches dont l’abattage à l’explosif est une nécessité absolue, on utilise des excavateurs de découverture à godet unique dont l’organe de travail doit avoir une grande longueur ainsi qu’une grande capacité du godet. Par contre dans les terrains tendres, arraché par des excavateurs à godets multiples, la mise en terril s’effectue au moyen des engins de transfert (sauterelle et pont de transfert) 2. Terrils extérieurs Ils sont habituellement utilisés dans l’exploitation des gisements dressants et semi dressants exploités par la méthode des fosses emboîtées. La mise en territ se fait par des engins indépendants tels que la charrue de terril, le bulldozer, la chargeuse frontale, la remblayeuse…

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 231 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Dans ce cas, la première étape des travaux consiste à constituer un remblai primitif qui servira comme point de départ pour l’extension postérieure du terril. Par ailleurs, on peut se forcer d’utiliser le relief de la région : ravin, dépression, flancs de coteau…

VII.2.3 Engins de transfert Ce sont des appareils qui font la liaison entre les excavateurs de découvertures et le terril ou les moyens de transport (wagons, courroie transporteuse…). On distingue deux principaux types d’engins de transfert : 1. Sauterelle 2. Pont de transfert 1. Sauterelles C’est des appareils formés d’un châssis supportant une flèche sur laquelle est montée une bande transporteuse qui relève les produits vers le terril. Cet ensemble métallique dont la longueur de la flèche de déversement dépasse 50 à 100 m, repose sur doubles chenilles semblables à celle de la roue-pelle. Au centre, on remarque une tourelle surmontée de deux mâts de support autour desquels peuvent pivoter la flèche.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 232 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

D’un côté, on voit la flèche de reprise 1 et celle du contre poids 2 ; et de l’autre côté la flèche de déversement 3. Les produits arrachés par l’excavateur à godets multiples sont rejetés sur la flèche de reprise pour ensuite être amenés à la flèche de déversement par bandes transporteuse. Actuellement, la flèche de reprise n’est plus en porte-à-faux comme jadis, mais repose sur un chariot à chenilles spécial. Du côté de déversement des produits, la flèche a une inclinaison variable et permet de rejeter les produits de 35 à 40 m de hauteur. Cette grande hauteur de chute est favorable au tassement des déblais dès leur mise en place, ce qui ne peut être comparé à celui résultant d’un déversement ou d’un simple bascule de camion avec l’écoulement des produits sur le talus du terril. La granulométrie des matériaux à remblayer étant calibrée (0…200 à 300 mm), la stabilité du talus est meilleure, par ailleurs les tassements postérieurs au déversement sont beaucoup plus faibles, le sol peut être remis en culture. La sauterelle de mise en terril doit avoir une capacité identique à celle de la roue-pelle qui l’alimente. Il existe des engins dont la capacité atteint 240 000 m3/jour. Un tel appareil pèse 5300 tonnes et les bandes transporteuse ont une largeur de 3.3 m et une vitesse de 4 à 4 à 5.2 m/s. 2. Ponts de transfert Les ponts de transfert assurent la liaison entre les excavateurs à godets multiples et le terril par le chemin le plus court en traversant la carrière en ligne droite. Le pont de transfert est une construction métallique munie d’un convoyeur à bande possédant deux points d’appui constitués par deux chariots

à

plusieurs

essieux

qui

se

déplacent

sur

voie

par

l’intermédiaire des rotules. L’un des chariots est placé du côté du terril, et l’autre du côté de l’excavateur à godets multiples.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 233 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Cet appareil orientable possède une partie en volet relevable et coulissante (télescopique) facilitant la constitution du terril. Pendant le travail, le pont de transfert se déplace le long des voies suivant l’évolution des godets multiples. Le rendement de pont de transfert peut atteindre 2000 à 3000 m3/h et plus.

VII.2.4 Différents procédés de construction des terrils et remblais à minerai 1. Lorsque les déblais sont transportés par voies ferrées et déchargés sur les talus du terril par basculement des wagons a. Cas des roches dures et semi dures : on emploie comme engins : i. Charrue de terril ii. Bulldozer iii. Chargeuse frontale b. Cas des roches tendres i. Excavateur de terril ii. Procédé hydromécanique 2. Lorsque la transport des produits (stérile et minerai) se fait par camion à benne basculante : dans ce cas, la constitution des

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 234 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

terrils ou des remblais de minerai se réalise généralement au moyen des bulldozers 3. Lorsque le transport des produits (stériles et minerai) se fait par courroie transporteuse : Dans ce cas, la constitution des terrils ou remblais à minerai se réalise au moyen d’un remblayeuse à minerai (stacker).

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 235 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

CHAP VIII

FRAIS D’OPERATION DES

ENGINS MECANIQUES DE CHANTIER VIII.1 Généralités Il n’existe pas de règle définie sur la façon de procéder sur le calcul des différents frais, ni sur la façon de les classer, ni de les repartir. En particulier, la répartition des frais généraux peut être faite de plusieurs manières différentes. En revanche, les frais d’opération d’engin mécanique peuvent être repartis en trois catégories :  Frais fixes  Frais variables  Frais généraux Pour calculer le prix de revient d’un travail effectué par un ou plusieurs engins, on peut procéder de deux façons :  Repartir les frais d’opération sur l’unité de travail  calculer le prix de revient horaire de la machine considérée. Ensuite, en faisant intervenir le rendement horaire (η horaire), on obtient le prix de revient de l’unité de travail qui est défini par le rapport des frais horaires de l’engin sur la capacité de production horaire : Pr ix de revient de l ' unté de travail =

Frais horaire de l ' engin capacité de la production

A première vue, cette méthode apparaît plus compliquée. Or, elle a l’avantage d’établir une valeur relativement bien connue : le coût horaire de l’engin par unité de travail. Ce prix de revient peut, si il est systématiquement établi pour tous les engins de même catégorie, servir à déterminer ce qui, pour une grande fatigue, entraîne des frais de réparation trop élevée, et par conséquent ne sont plus rentables.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 236 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

En général, le prix de revient à l’heure de l’engin varie beaucoup moins que son rendement horaire. Ce prix revient varie avec la nature du travail, ainsi les utilisateurs du matériel doivent pouvoir estimer, avec un degré de précision acceptable, ce qu’une machine leur coûtera pour un travail donné dans une région bien déterminée. Les facteurs influençant le prix de revient de l’engin est le coefficient d’utilisation qui est le rapport suivant : CU =

Heures effectives de travail Total d ' heures où l ' engin aurait pu travailler

VIII.2

Catégories

des

différents

frais

d’opération VIII.2.1 Frais fixes Ce sont les frais qui restent les mêmes que l’engin soit en service ou pas. Ils sont indépendants du nombre d’heures d’utilisation de l’engin. En effet, un engin au chômage se déprécie comme s’il était en service. Le capital investi pour son achat nécessite le paiement d’intérêt, d’assurances. Le stockage de l’engin dans un hangar entraîne également

les frais d’entretien. La préparation de l’engin et son

transport au chantier occasionnent des frais qui sont pratiquement les mêmes que l’engin passe peu ou beaucoup d’heures au chantier.

VIII.2.2 Frais variables Ce sont les frais qui sont inhérentes au fonctionnement de l’engin, c'est-à-dire de la main d’œuvre pour la conduite de l’engin, des matières consommables (combustibles, explosifs, énergie…)

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 237 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VIII.2.3 Frais généraux Ils

comprennent

en

fait

d’une

part

les

frais

généraux

d’exploitation et d’autre part les frais généraux de gestion générale. Les frais généraux d’exploitation sont représentés par tous les autres frais que l’entreprise doit supporter

pour son exploitation, mais qui n’y

concourent qu’indirectement. Les frais de gestion générale sont ceux qui n’ont ni directement, ni indirectement trait à l’exploitation et qui continuerait à courir pendant un certain temps même si l’exploitation s’arrêtent.

VIII.3 Frais d’acquisition Ils servent aussi au calcul des frais fixes et comportent en général :  Le prix de livraison de l’usine  Les frais d’emballage qui, pour le transport maritime, peuvent représenter 1,75 à 3 % de la valeur de l’usine  Les frais de transport de l’usine soit à quai ( valeur FAS, Free a Long Side), soit à bord du bateau au port d’embarquement( valeur FOB, Free On Board)  Les frais supplémentaires pour manutention des pièces lourdes pour l’embarquement  Les frais de débarquement au port de destination  Les frais de douane au port et autres taxes  Les frais de transport du port d’arrivée au chantier  Les frais de montage, salaire des monteurs et spécialistes y compris les frais de déplacement pour le personnel  Les frais de transport de la machine par ses propres moyens (souvent négligeables parce que la distance est très courte)

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 238 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VIII.4 Etablissement des frais d’exploitation VIII.4.1 Amortissement La dépréciation de l’engin d’année en année constitue l’un des éléments des frais fixes que le propriétaire dont récupérer pour reconstituer le capital nécessaire à l’achat d’un nouvel engin ou d’une nouvelle machine. D’une façon générale, l’amortissement permet à l’utilisateur de recouvrir son investissement d’origine. Autrement dit l’amortissement est un prélèvement sur le relèvement sur le résultat d’exploitation d’une entreprise, destiné à compenser la dépréciation et subie par certains éléments de son actif. VIII.4.1.1 Période de dépréciation Le taux d’amortissement est grandement défini pour chaque travail suivant le type d’engin minier utilisé. Ce taux est normalement assez élevé. La dépréciation des engins est de deux nature :  La dépréciation physique, qui dépend notamment du taux d’utilisation de l’engin et de son entretien.  La dépréciation économique, correspond à un vieillissement technologique de l’engin, alors que sa capacité de production peut être intacte. Un

entretien

consciencieux

et

des

révisions

globales

systématiques, retardent la période critique de rebut. Qu’elles que soit le soin apporté aux révisions globales, après un certain temps de travail, les frais d’entretien et de réparation finissent par augmenter sensiblement le prix de revient. Et lorsque le nombre d’heures de fonctionnement est atteint, le risque d’arrêt devient inévitable. D’où on peut conclure qu’il arrive un moment

ou l’on a l’avantage de se

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 239 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

débarrasser de l’engin ou de la machine. Tout au plus, peut-on admettre de conserver cette machine comme réserve, après lui avoir fait subir une révision complète. Il faut également reconnaître toutefois que des facteurs autres que les conditions de marche peuvent influencer la période fixée ou choisie pour l’amortissement :  L’utilisateur

peut

décider

d’accélérer

l’amortissement

(par

exemple la rapidité avec laquelle les engins d’excavations ont évolué dans le courant de ces dernières années, ceci comporte en soi la nécessité

d’adopter un amortissement rapide

afin

d’éliminer du chantier les machines de moindre rendement)  Une machine peut être achetée pour un chantier spécifique, c’est-à-dire, qu’elle doit en effet être amortie pour la durée

de

travail de ce chantier.  Les conditions économiques peuvent aussi influencer la décision, de même que les possibilités en devises. Par conséquent, la connaissance des caractéristiques propre à l’application des conditions de travail et des méthodes d’entretien ainsi que tout facteur spécial est indispensable pour le calcul de la période à retenir pour l’amortissement. VIII.4.1.2. Frais horaires d’amortissement Après avoir établi les frais d’acquisitions et caractérisé la période dépréciation à envisager, les frais horaires d’amortissement résultent de l’expression suivante : Ah=

; avec :

• S ; La valeur de l’appareil ou de la machine rendu

sur

chantier (la valeur nette à amortir) • H ; les heures d’usages à envisager pour la machine ou l’engin en question.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 240 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Ce sont les frais horaires moyens (Ah) que l’on porte en compte lorsqu’on établit le prix de revient horaire de l’engin considéré. Cette méthode d’amortissement consiste à imputer une même dotation d’amortissement pour chaque exercice (année) et sur toute la durée de prévue pour l’utilisation de l’engin. Or, en fait le rendement de la machine est plus élevé et les frais d’entretien plus réduit dans la première période de sa mise en usage que vers la fin. Ainsi serait-il plus correct d’adopter des taux d’amortissements variables, soit plus élevé au début qu’à la fin de la période d’usage envisagée. L’établissement de l’amortissement

par une méthode par une

autre est une opération purement comptable. En revanche la valeur réelle ou vénale (qui se transmet à prise d’argent) de l’engin au bout d’un temps données ne correspond pas à la valeur restante ; par exemple pour un amortissement sur 10.OOO heures de travail au bout de 5.000 heures, la valeur n’est pas 50 % de la valeur primitive. La valeur primitive à ce moment dépend :  De l’état mécanique de l’engin  De la façon dont il a été entretenu et des conditions dans lesquelles il a fonctionné. La valeur vénale est aussi fonction des conditions du marché. La valeur réelle des engins mis entièrement hors services constitue une des réserves discrètes de l’entreprise. On s’abstient d’en tenir compte dans l’ensemble du prix de revient. VIII.4.1.3 Valeur nette de la machine à amortir On considère que les pneus sont des articles d’usures et qu’ils ne sont pas sujets à amortir. Leur coût de remplacement est déduit du prix de la machine rendu à l’entreprise pour arriver au montant net à amortir. Le coût des pneus est incorporé au frais d’exploitation variable.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 241 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Prix de la machine rendue à destination : …………………………….. A déduire • le coût des remplacements des pneus : ………………………….. • la valeur de la revente ou de reprise (cas échéant : Valeur nette à amortir) : ………………………………………………………

VIII.4.2. Intérêt, assurance et impôts sur les investissements Certaines entreprises incorporent ces frais au montant horaire des frais d’exploitation (frais fixes et frais variable), d’autres les incorporent aux frais généraux de l’affaire. Lorsque ces postes sont alloués ou attribués aux engins, ils sont généralement basés sur le montant moyen au cours

de l’année de

l’investissement présenté par la machine. On peut alors les considérer tous les trois en même temps. A. Intérêt Cet élément du prix de revient représente l’intérêt que l’argent investi pour l’achat d’une machine aurait rapporté s’il avait été investi dans un compte en banque en faisant un taux d’intérêts fixes. B. Assurance C’est une convention ou une garantie formelle dont la finalité est de permettre l’indemnisation des dommages survenus ou bien des machines grâce à la prise en charge de l’ensemble des risques et à leurs compensations. Le droit à l’indemnisation résulte d’un contrat entre l’assureur et l’assuré. Il est acquis grâce au payement d’une rémunération que l’assuré

donne à l’assureur en contre partie du

risque en charge. C .Impôts Il faut considérer les différentes contributions qui peuvent être perçues sur les machines en question. Comme la valeur comptable et

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 242 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

effective de la machine diminue d’année en année, les frais dont nous nous occupons ici, sont calculés sur la dépréciation comptable moyenne.

L’accroissement

comptable

est

considéré

comme

un

placement d’argent destiné à remplacer la machine quand celle-ci sera théoriquement hors usage à la fin de la période d’amortissement, d’où le terme de l’investissement employé ici. On calcul la moyenne des valeurs restantes des investissements et on leur attribue des taux appropriés. Pour établir cette moyenne, il faut tenir compte de ce que les intérêts, les primes d’assurance et les différentes contributions sont calculés sur la valeur de la machine au commencement de la première année, et d’une année à l’autre sur la valeur restante jusqu’à la dernière année d’amortissement moyen. On calcul l’investissement moyen (Im) par la formule suivante: Im =

( n + 1). I ; Avec : 2n

• n : Le nombre d’années pour l’amortissement • I : Le capital investi pour l’achat de l’engin ou de la machine. Quant aux taux à appliquer, il varie bien entendu selon les cas d’une façon générale, le taux peuvent se repartir comme suit ; • Assurance 2 % • Impôt 3% • Intérêts sur le capital investi 8% Le taux annuel à prendre en considération et qui s’applique à la valeur moyenne de l’investissement est de l’ordre de 10 à 13 ℅. Le coût horaire approximatif pour ces trois valeurs est donné par la formule suivante: Ch =



Im• Da • Ta 100 • H Ch : Le coût horaire approximatif

• Im : l’investissement moyen

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 243 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• Da : La période de dépréciation en année • Ta : Le taux des frais pour intérêt, assurance et impôts en pourcent et par ans. • H : Le nombre total d’heures de fonctionnement de l’engin pendant toute la période d’amortissement comptable.

VIII.5. Calcul des frais variables VIII.5.1. Combustible Les frais de combustible dépendent du prix de carburant et de la quantité consommée. Le premier de ces facteurs varie selon les pays et la situation des chantiers. Il est influencé par les taxes, les distances, et le mode de transport, les conditions de stockage. Quant à la consommation, elle dépend des conditions dans lesquelles fonctionne la machine ou l’engin considéré. L’estimation de la consommation horaire en Kg d’essence ou d’huile lourde du moteur des engins de chantier est donnée par la formule suivante : C ho = N eff • Q • Ke (Kg); Avec:

• •

Cho : consommation horaire du combustible des engins N eff : La puissance effective du moteur (CV)

• Q : La consommation spécifique en Kg/CV-h ; on admet en moyenne les valeurs suivantes : o Q=0.315 Kg /CV-h, pour moteurs diesels rapides o Q=0.275Kg/CV-h • Ke: Le facteur d’emploi qui varie entre

45 à 75% (en

moyenne 60%) Pour obtenir la consommation en litre, il faut diviser par 0.860 pour l’huile lourde.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 244 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Les frais en combustible égalent la consommation horaire multipliée par le prix effectif du combustible.

VIII.5.2. Lubrifiant, graisse et filtre La consommation d’huile lubrifiante et de la graisse dépend : • de l’état mécanique du moteur • de la qualité du lubrifiant employé Le prix de ce dernier varie, comme celui du combustible, selon les pays. Pour un calcul

rapide, on admet parfois que les frais de

graissage sont environ de1/7ou 1/8 des frais de consommation d’une huile lourde. On aura des données plus exactes en s’informant auprès des fournisseurs. La consommation horaire des lubrifiants pour les

moteurs

d’engins de chantier en Kg est donnée par la formule : C ho = N eff • Q • Ke •

C ; Avec : t

• Q : Idem, on admet ici pour

les moteurs à essence et les

moteurs diesels rapides les valeurs moyennes suivantes : o

N eff < 100 CV : Q= 0.0026 kg/CV-h

o N

eff

> 100 CV ; Q = 0.00023 kg/ CV-h

• Ke: Le facteur d’emploi qui varie entre 45 à 75% (en moyenne 60%) • C : Capacité du carter en kg telle qu’elle est généralement indiquée par le constructeur. A défaut de cette donnée, on peut utiliser les valeurs ci-dessous : o Pour les moteurs diesels rapides : 0.19 à 0.26 litres ou 0.16 à 0.23 kg/CV o Pour les moteurs à essence : 0.14 à 0.16 litres ou 0.12 à 0.14 kg/CV

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 245 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

• t : le nombre d’heures entre deux pleins d’huiles. Ce temps sera

déterminé

conformément

aux

instructions

du

fournisseur. Pour déterminer le coût horaire en filtres pour une machine donnée, on doit d’abord déterminer l’indice de base du coût de filtre, en tenant compte des prix locaux. Ceci se fait une fois pour toutes. Pour toute les machines CARTEPILLAR, le coût horaire des filtres est un multiple de l’indice de base du coût des filtres, d’où le coût horaire des filtres vaut l’indice du coût des filtres caractérisé par le facteur ou coefficient approprié donné dans le tableau n°1

VIII.5.3 Pneus Le coût horaire des pneus est un élément important du coût horaire d’exploitation des engins ou des machines qui les utilisent. On peut déterminer ce coût horaire en employant les chiffres de la durée des pneus obtenus en se basant sur l’expérience et les prix réellement payés par l’utilisateur. Ces prix qui sont les coûts de remplacement des pneus doivent toujours être obtenus des fournisseurs locaux. Pour calculer le coût horaire des pneus, on utilise la formule suivante : Coût horaire des pneus =

Coût de remplacement des pneus Durée probable des pneus (en heures)

Dans certain cas, le rechapage (action de reconstituer la bande d’une enveloppe usagée du pneu) peut réduire le coût horaire. Les disponibilités locales en moules, le coût de rechapage et l’expérience passée dans ce domaine sont des facteurs à prendre en considération. Les conditions de travail font que la durée de vie réelle des pneus dans les mines à ciel ouvert soit inférieure à celle fixée par le constructeur. Ces conditions sont reprises par le tableau n°2. (Pour les différents tableaux, voir les travaux pratiques).

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 246 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Considérons un exemple numérique Les bennes travaillant dans un chantier d’une mine à ciel ouvert utilisent

des pneus INDEX INFO 95- 14-L 324 dont la durée de vie

nominale est de 4800 heures. Ces dernières fonctionnent dans les conditions suivantes : • La maintenance est excellente • La vitesse moyenne de roulage est de 32 km/h • Les pistes sont graveleuses et bien entretenues • Ces bennes ont deux essieux moteurs et se vident par l’arrière • Le chargement recommandé type TRA/ETRTO • Les virages sont moyens • La pente maximum est de 10% • Les bennes roulent d’une manière générale dans les conditions moyennes. On demande de calculer la durée de vie réelle des pneus. Solution Pour trouver cette durée, nous allons nous baser sur le tableau n° 2 donnant les coefficients applicables au calcul de la durée de vie réelle des pneus. Dans ce cas, nous retenons les coefficients suivants : 1a, 2b, 3c, 4c, 5a, 6b, 7c et 8b Donc, la durée de vie réelle des pneus devient : Dv =4800 * 1a * 2b * 3c * 4c * 5a * 6b * 7c* 8b =4800 * 1.090 * 0.981 * 0.981 * 0.872 * 1.090 * 0.981 * 0.763 * 0 .981

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 247 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

Tableau n°2

Tracteurs à chaîne (sur chenille) Scrapers tractés Scrapers automoteurs Tracteur wagon à vidage par le fond Camions de chantier Tracteur sur pneus Chargeurs sur chenilles Chargeur sur pneus Niveleuses (grader) Compacteurs

Condition de travail A 0.07

B 0.09

C 0.13

0.03 0.02

0.04 0.09

0.06 0.13

0.04

0.05

0.07

0.06

0.08

0.11

0.04

0.06

0.09

0.07

0.09

0.13

0.04

0.06

0.09

0.03

O.O5

0.07

0. O4

0. O6

O.O9

Pour établir le montant horaire à prévoir pour les opérations, il faut choisir le coefficient approprié sur le tableau n° 3 et utiliser se coefficient dans les formules suivantes : Montant horaire à compter comme réserve

de réparation = le

coefficient choisi sur le tableau multiplié par le prix de la machine rendue à destination dont on a déduit le prix des pneus, le tout diviser par 1000.

VIII.5.5. Frais de la main d’œuvre Pour le service de ce genre de machine, on dépend fortement du travail personnel de l’opérateur ou du conducteur. Ce poste doit tenir compte de l’échelle locale des salaires et doit comprendre toutes les charges sociales et charge accessoires liés aux salaires.

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 248 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VIII.5.6 Articles spéciaux Pour certaines machines et dans certains cas d’application, l’on rencontre les frais exceptionnels qui ne sont pas couvert par les réserves normales pour réparation. Les frais spéciaux tiennent compte de l’usure anormale des pièces telles que les pointes de rippers, les dents et les protecteurs de dents du ripper ou les bords tranchants des lames des niveleuses. Tout autre coût particulièrement élevé hors de la norme pouvant être prévu doit être inclus à ce point. Les frais occasionnés par consommation des pièces d’usure nécessitant un nécessitant un remplacement périodique telles que les bandes transporteuses, les câbles, flexibles, les lames de scraper… doivent être pris en considération. Il s’agit des pièces dont la valeur n’affecte pas la valeur numérique de la machine et qui sont construites en vue d’un remplacement facile sans d’importants

frais de main

d’œuvre. Les soins apportés lors de l’entretien de l’engin et les capacités de l’opérateur n’ont qu’une importance secondaire sur leur usure. Tous les engins de chantier, à l’exception du tracteur à chenilles, donnent lieu à une consommation plus au moins forte des pièces de ce genre. D’où la nécessité de connaître la durée moyenne, exprimée en heures, des articles généralement considérés comme d’usure rapide.

VIII.6. Formulaire suggéré pour le calcul du coût horaire d’exploitation I. Frais fixes 1. Amortissement =

prix net à amortir : …………………………. Durée d ' utilisation (en heures)

2. Intérêt, assistance, impôts : …………………………………………… 3. Total des frais fixes : …………………………………………………….

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 249 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

II. Frais variables Consommation X Prix unitaire 1. Combustible ……………………..X……………… : ………………… 2. Lubrifiant • Moteur………………………… X……………… : ………………… • Boite de vitesses ………….... X……………… : ………………… • Train réducteurs ….............. X……………… : ………………… • Système hydraulique …….… X……………… : …………………

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 250 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

TABLE DES MATIERES INTRODUCTION .................................................................................................................... 1 CHAP I EXPLOITATION ET TRAVAUX MINIERS ...................................................... 7 I.1 Méthodes d’exploitation ........................................................................................... 7 I.1.1 introduction.......................................................................................................... 7 I.1.2 Méthodes d’exploitation basées sur la morphologie du gisement ...... 8 I.1.2 Méthodes d’exploitations basées sur des déplacements des stériles .......................................................................................................................................... 11

I.1.4 Types de fronts de carrières et ordre de progression ........................... 13 I.2 Eléments fondamentaux en mine à ciel ouvert .............................................. 16 I.2.1 Gradins ................................................................................................................ 16 I.2.2 Bords de la carrière ......................................................................................... 19 I.2.3 Contour de la carrière ..................................................................................... 19 I.2.4 Talus de la carrière .......................................................................................... 19 I.3 Travaux miniers........................................................................................................ 20 I.3.1 Découverture ..................................................................................................... 20 I.3.2 Rapport de découverture ............................................................................... 21 I.3.3 tempérament ...................................................................................................... 23 I.3.4 Distance standard ............................................................................................ 26 I.3.5 Séquences d’exploitation, avance et retard en découverture ............ 33 I.3.6 Principales opérations technologiques ...................................................... 36 I.3.7 Dispache.............................................................................................................. 39 I.3.7.1 Définition et rôles ......................................................................................... 39 CHAP II

PREPARATION DU CHAMP MINIER......................................................... 48

II.1 Généralités ................................................................................................................ 48 II.1.1 Première étape ................................................................................................. 48 II.1.2 deuxième étape ................................................................................................ 48 II.2 Problèmes de l’exhaure en mines à ciel ouvert ............................................. 49 II.2.1 Généralités ........................................................................................................ 49 II.2.3 Drainage à la surface ..................................................................................... 52 II.2.3 Drainage souterrain ....................................................................................... 56 II.2.4 Drainage mixte................................................................................................. 58

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 251 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

II.2.5 Surveillance du sol ......................................................................................... 58 CHAP III

ACCES AU GISEMENT ............................................................................. 59

III.1 Généralités............................................................................................................... 59 III.2 Différents schémas d’accès dans une mine à ciel ouvert ........................ 62 II.2.1 schémas d’accès par tranchées extérieures ........................................... 63 III.2.2 Schéma d’accès par tranchées intérieures............................................ 66 III.2.3 Schémas d’accès par ouvrages souterrains .......................................... 72 III.2.4 Schéma d’accès combiné ............................................................................ 73 CHAP IV

FRAGMENTATION (FORAGE ET MINAGE) ........................................ 75

IV.1 Equipement de forage .......................................................................................... 75 IV.1.1 Généralités ....................................................................................................... 75 IV.1.2 Sondeuses à percussion .............................................................................. 77 IV.1.3 Sondeuses ou perforatrices à rotation et percussion ........................ 79 IV.1.4 Sondeuses rotatives ...................................................................................... 82 IV.2 Paramètres de fragmentation (forage et minage) ........................................ 91 IV.2.1 Introduction..................................................................................................... 91 IV.2.2 Plan de sélectivité .......................................................................................... 91 IV.2.3 Implantation du lot de forage .................................................................... 94 IV.3 Minage (tir) ............................................................................................................ 100 IV.3.1 Généralités ..................................................................................................... 100 IV.3.2 Principales méthodes d’abattage à l’explosif ...................................... 102 IV.3.3 Préparation du coup de mine .................................................................. 109 IV.3.4 Description des trous de mine et schémas de tir ............................. 118 IV.3.5 Débitage secondaire .................................................................................... 126 IV.3.6 Efficacité d’un bon minage primaire ..................................................... 132 CHAP V.

ENGINS DE CHARGEMENT ................................................................ 134

V.1 Généralités .......................................................................................................... 134 IV.2 Notions sur le rendement et les coefficients de disponibilité et d’utilisation des engins de chantier ....................................................................... 136 IV.2.1 Notion sur le rendement des engins de chantier .............................. 136 V.2.2 Notion des coefficients de disponibilité et d’utilisation des engins de chantier .................................................................................................................. 137 IV.3 Les pelles ................................................................................................................ 141

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 252 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

IV.3.1 Généralités ..................................................................................................... 142 V.3.2 Pelles mécaniques ou à câbles ................................................................. 142 V.3.3 Pelles hydrauliques ...................................................................................... 147 V.3.4 choix d’un type de pelle .............................................................................. 152 V.3.5 Débit d’une pelle dans une mine à ciel ouvert .................................... 152 V.4 Draglines ................................................................................................................. 155 V.4.1 Généralités ...................................................................................................... 155 V.4.2 Cycle de travail d’une dragline ..................................................................... 156 V.4.3 Types de draglines ........................................................................................ 157 V.4.4 Dimensions de l’enlevure pour dragline ................................................ 159 V.4.5 Débit de la dragline ...................................................................................... 159 V.4.6 Choix d’un type de dragline....................................................................... 160 V.5 Roue-pelle................................................................................................................ 160 V.5.1 Généralités ...................................................................................................... 160 V.5.2 Cycle de travail .............................................................................................. 161 V.5.3 Mode de creusement .................................................................................... 161 V.5.4 Débit de la roue-pelle .................................................................................. 165 V.6 Excavateurs à chaîne à godets ......................................................................... 166 V.6.1 Généralités ...................................................................................................... 166 V.6.2 Eléments essentiels de l’excavateur à chaîne à godets .................... 167 V.6.3 Cycle de travail .............................................................................................. 168 V.6.4 Débit de l’excavateur à chaîne godets .................................................... 169 V.7 Chargeuse frontale ............................................................................................... 171 V.7.1 Généralités .......................................................................................................... 171 V.7.2 Mode de travail .............................................................................................. 173 V.7.3 Débit horaire d’une chargeuse frontale ................................................. 174 CHAP VI

ENGINS ET MOYENS DE TRANSPORT ............................................. 177

VI.1 Généralités............................................................................................................. 177 VI.2 Transport par train (locomotive et wagons) ................................................ 178 VI.2.1 Eléments de transport par train ............................................................. 179 VI.2.2 Roulage ............................................................................................................... 182 VI.2.3 Rendement de transport par train ......................................................... 183 VI.3 Transport par camions-bennes ...................................................................... 186

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 253 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VI.3.1 Généralités ..................................................................................................... 186 VI.3.2 Distinction de type de camion, dans les mines à ciel ouvert, suivant le mode de propulsion ............................................................................. 188 VI.3.3 Etude du cycle de l’unité de transport ................................................. 192 VI.4 Transport par courroie transporteuse .......................................................... 199 VI.4.1 Généralités ..................................................................................................... 200 VI.4.2 Construction des courroies transporteuses ....................................... 200 VI.4.3 Installation des courroies transporteuses ........................................... 202 VI.5 Transport combiné .............................................................................................. 211 VI.5.1 Généralités ..................................................................................................... 211 VI.5.2 Différentes constructions des points de transfert ............................ 212 CHAP VII

ENGINS DE TERRASSEMENT ET MISE EN TERRIL.................... 215

VII.1 Engins de terrassement ................................................................................... 215 VII.1.1 Bulldozers ou Bouteurs ........................................................................... 215 VII.1.2 Niveleuses ou Graders .............................................................................. 220 VII.1.3 Scrapers ........................................................................................................ 223 VII.2 Mise en terril et constitution des remblais à minerai ............................ 229 VII.2.1 Généralités ................................................................................................... 229 VII.2.2 Distinction des terrils ............................................................................... 230 VII.2.3 Engins de transfert .................................................................................... 231 VII.2.4 Différents procédés de construction des terrils et remblais à minerai ......................................................................................................................... 233 CHAP VIII

FRAIS D’OPERATION DES ENGINS MECANIQUES DE

CHANTIER 235 VIII.1 Généralités .......................................................................................................... 235 VIII.2 Catégories des différents frais d’opération ............................................... 236 VIII.2.1 Frais fixes .................................................................................................... 236 VIII.2.2 Frais variables............................................................................................ 236 VIII.2.3 Frais généraux ........................................................................................... 237 VIII.3 Frais d’acquisition ............................................................................................ 237 VIII.4 Etablissement des frais d’exploitation ....................................................... 238 VIII.4.1 Amortissement ........................................................................................... 238 VIII.4.2. Intérêt, assurance et impôts sur les investissements ................. 241

Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert

Page 254 sur 254

Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

VIII.5. Calcul des frais variables.............................................................................. 243 VIII.5.1. Combustible .............................................................................................. 243 VIII.5.2. Lubrifiant, graisse et filtre .................................................................... 244 VIII.5.3 Pneus ............................................................................................................ 245 VIII.5.5. Frais de la main d’œuvre ...................................................................... 247 VIII.5.6 Articles spéciaux ....................................................................................... 248 VIII.6. Formulaire suggéré pour le calcul du coût horaire d’exploitation .. 248 TABLE DES MATIERES .................................................................................................. 250