Chapitre 6 Exploitation à Ciel Ouvert

6. EXPLOITATION À CIEL CIEL OUVERT OUVERT

6A.1 GÉNÉRALITÉS 6A.1.1 Définition On entend par exploitations à ciel ouvert celles dont le minerai est extrait à partir de la surface après avoir été dégagé, s'il y a lieu, des morts-terrains qui recouvraient le gisement. Ces exploitations portent le nom générique français de "minière" alors qu'elles sont désignées en anglais par l'expression surface mines.

6A.1.2 Types de minières minières On distingue généralement quatre types de minières: 1. - les placers, 2. - les découvertes (stripping ), ), 3. - les fosses fosses (open pit mines) 4. - les trous de cratère (glory holes) : méthode mixte

6A.1.3 Conditions d'utilisation d'utilisation de la méthode L'exploitation des gisements à partir de la surface peut se faire si le gisement est suffisamment massif et qu'il n'est pas recouvert par une épaisseur de mort-terrain ou de stériles d'une importance trop considérable. En fin de compte, c’est généralement l’analyse financière qui déterminera s’il est plus économique d’exploiter à ciel ouvert ou en souterrain (à moins que certains autres facteurs n’empêchent une des méthodes).

6A.1.4 Importance relative relative de la la méthode En terme de tonnage extrait annuellement, les méthodes d'exploitation à partir de la surface n'ont cessé de prendre de l'importance par rapport aux méthodes en souterrain. La popularité croissante des exploitations de surface est due à un ensemble de facteurs. Le principal facteur est que l'exploitation en surface se fait à un coût par tonne beaucoup plus faible que dans le cas des exploitations souterraines parce que le développement d'équipements géants permet de libérer et de déplacer des quantités considérables de matériaux (minerais ou stériles) en peu de temps et avec peu de main-d’œuvre. De plus, le nombre de gisements à forte teneur tend à diminuer de sorte qu'il faut manipuler et traiter plus de minerai à faible teneur; il faut donc baisser les coûts de production en augmentant la productivité des équipements, ce qui est plus facile en exploitation en surface qu'en exploitation en souterrain. Ceci vaut à l'échelle mondiale; au Québec, les gisements sont plutôt petits et profonds, ce qui fait qu’on retrouve peu d’exploitations à ciel ouvert.

6A.1.5 Avantages de l'exploitation en surface Les principaux avantages de l'exploitation en surface sont les suivants; - le faible coût d'exploitation d'une tonne de minerai, - la sélectivité permet un meilleur choix du minerai à extraire en conformité avec nos besoins, - la flexibilité d'augmenter ou de diminuer, presque sur demande, le taux de production, - la sécurité accrue qui résulte: MIN1101 – Chapitre 6

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d'une bonne visibilité, d'une surveillance relativement facile, d'un personnel limité, d'un entraînement relativement facile de la main-d'œuvre.

6A.1.6 Inconvénients des méthodes d'exploitation en surface Le principal inconvénient de ce type d'exploitation est le dommage fait à l'environnement qui se manifeste surtout par: les cavités géantes laissées après l'exploitation, la désorganisation du réseau hydrographique du territoire affecté, les amoncellements de stériles le climat ! ! ! !

6A.2 LES PLACERS Les placers sont des dépôts alluvionnaires, i.e. non consolidés, contenant de l'or ou d'autres métaux. En pratique, ce sont des graviers dont on peut retirer, sur le chantier même, les métaux ou autres substances utiles qui y sont mêlés mêlés à l'état libre. Pour y arriver, on procède essentiellement par criblage criblage et lavage (fig. 6A.2a et b), i. e. on élimine d'abord les pierres par un tamis et ensuite le sable avec de l'eau. C'est l'équipement mis en œuvre qui détermine la différence entre les procédés utilisés, différence qui en est une surtout de capacité et de volume comme en témoignent les exemples suivants: le pan ou la batée on remplit une assiette creuse ( pan: fond plat, batée: fond conique) du matériau à concentrer; l'assiette remplie est immergée immergée pour briser les mottes de gravier et de sable. Par des mouvements successifs de rotation de l'assiette qui est tenue inclinée, on élimine graduellement les stériles par-dessus le rebord. À la fin, l'assiette ne contient que les substances utiles utiles et plus lourdes. !

le sluice c'est une auge de section rectangulaire dont le fond est muni à sa surface supérieure de languettes transversales parallèles (appelées riffles). À la partie supérieure du sluice, qui est légèrement incliné et qui est placé sur le trajet d'un courant, on verse une quantité de minerai sablonneux. Le courant d'eau descendant dans l'appareil entraîne avec lui les particules légères (sable) alors que les particules lourdes (métaux) restent accrochées au fond derrière les riffles. On arrête périodiquement le procédé pour faire le nettoyage de l'appareil. !

Cliquez ici pour voir un 1 e film illustrant un sluice Cliquez ici pour voir un 2 e film illustrant un sluice

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d'une bonne visibilité, d'une surveillance relativement facile, d'un personnel limité, d'un entraînement relativement facile de la main-d'œuvre.

6A.1.6 Inconvénients des méthodes d'exploitation en surface Le principal inconvénient de ce type d'exploitation est le dommage fait à l'environnement qui se manifeste surtout par: les cavités géantes laissées après l'exploitation, la désorganisation du réseau hydrographique du territoire affecté, les amoncellements de stériles le climat ! ! ! !

6A.2 LES PLACERS Les placers sont des dépôts alluvionnaires, i.e. non consolidés, contenant de l'or ou d'autres métaux. En pratique, ce sont des graviers dont on peut retirer, sur le chantier même, les métaux ou autres substances utiles qui y sont mêlés mêlés à l'état libre. Pour y arriver, on procède essentiellement par criblage criblage et lavage (fig. 6A.2a et b), i. e. on élimine d'abord les pierres par un tamis et ensuite le sable avec de l'eau. C'est l'équipement mis en œuvre qui détermine la différence entre les procédés utilisés, différence qui en est une surtout de capacité et de volume comme en témoignent les exemples suivants: le pan ou la batée on remplit une assiette creuse ( pan: fond plat, batée: fond conique) du matériau à concentrer; l'assiette remplie est immergée immergée pour briser les mottes de gravier et de sable. Par des mouvements successifs de rotation de l'assiette qui est tenue inclinée, on élimine graduellement les stériles par-dessus le rebord. À la fin, l'assiette ne contient que les substances utiles utiles et plus lourdes. !

le sluice c'est une auge de section rectangulaire dont le fond est muni à sa surface supérieure de languettes transversales parallèles (appelées riffles). À la partie supérieure du sluice, qui est légèrement incliné et qui est placé sur le trajet d'un courant, on verse une quantité de minerai sablonneux. Le courant d'eau descendant dans l'appareil entraîne avec lui les particules légères (sable) alors que les particules lourdes (métaux) restent accrochées au fond derrière les riffles. On arrête périodiquement le procédé pour faire le nettoyage de l'appareil. !

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le berceau

c'est un appareil rudimentaire constitué essentiellement d'un tamis qui surmonte l'extrémité d'alimentation d'un sluice, l'ensemble étant monté sur des berceaux transversaux. Le gravier et l'eau alimentent le tamis et ilil suffit d'animer l'appareil d'un mouvement berçant pour favoriser le tamisage. On recueille le métal dans le sluice derrière les riffles.

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un 2e ;

un 3e 3

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le trommel (1

film

2e film)

c'est un tamis cylindrique, une sorte de tambour creux dont la paroi est percée d'une multitude de trous et qui est monté d'une manière inclinée sur un chariot, ce qui le rend mobile. Le gravier est introduit à l'intérieur du trommel par gravité ou pelletage par son extrémité la plus élevée. Tandis qu'un moteur fait tourner le trommel autour de son axe longitudinal, le gravier descend à l'intérieur selon la pente de celui-ci, tout en se classifiant grâce aux ouvertures qui tapissent la surface latérale du trommel. En effet, le sable et les particules métalliques passent au travers de l'appareil par les ouvertures, tandis que les roches et les cailloux trop gros descendent en dedans jusqu'au bas, où ils sont recueillis par des courroies transporteuses qui les empilent ailleurs. Les particules qui sont passées au travers des parois sont recueillies dans un réseau de sluices qui en retire les matériaux recherchés.


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l'hydrauliquage le procédé consiste à désagréger les amas de gravier au moyen d'un jet d'eau très puissant et abondant que dirige une lance. Le gravier ainsi libéré est entraîné par le courant dans un sluice placé en aval. Si les quantités d'eau ne sont pas suffisantes pour transporter les matériaux jusqu'au sluice, on peut utiliser des équipements mécaniques pour le faire. •

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le dragage (fig. 6A.2c et d)

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le procédé consiste à exploiter les placers au moyen d'une drague. Essentiellement, une drague est un bateau ou une barge qui abrite une installation de traitement des graviers qu'elle puise au fond du cours d'eau qui la supporte. L'appareil retire les matériaux du fond à l'aide d'une pompe aspirante, d'une courroie à godets ou bien d'une roue-pelle. L'installation de traitement est très simple et est constituée essentiellement d'un réseau de sluices avec ou sans trommel. Les résidus de traitement sont rejetés vers l'arrière à l'aide d'une courroie transporteuse. Durant son opération, la drague est positionnée grâce à des câbles qui la relient aux rives du cours d'eau ou à des ancres au fond. Ce procédé est populaire en Afrique.

Les exploitations en placer ne sont pas utilisées au Québec. Cependant, elles sont importantes en Colombie-Britannique de même qu'au Yukon. Les seules exploitations de ce type au Québec ont eu lieu près de St-Simon-les-Mines en Beauce.


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6A.3 LES DÉCOUVERTES

Les découvertes (stripping, open cuts ) sont des exploitations relativement étendues mais peu profondes (figures 6A.3a, 3b). Les gisements qui en sont l'objet sont du type tabulaire, i.e. qu'ils sont de minces couches sédimentaires horizontales ou presque, et d'épaisseur à peu près régulière. C'est le cas de nombreux dépôts de charbon. Ce sont généralement des opérations à gros débits et fortement mécanisées (fig. 6A.3c).


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L'exploitation comprend les phases suivantes: 1. enlèvement d'une lisière du terrain de recouvrement de manière à exposer la partie correspondante du minerai sous-jacent. Les matériaux stériles ainsi enlevés sont rejetés et amoncelés d'une manière systématique vers l'arrière ou vers le côté, 2. extraction de la couche minéralisée dans une étape, soit par de la machinerie différente, soit par la même machinerie, 3. remise en état des terrains affectés. Souvent, les deux premières phases sont réalisées simultanément alors que l'équipement procédant au premier décapage précède l'extraction de la zone minéralisée. La méthode donne l'impression d'une tranchée qui se déplace parallèlement à elle-même en deux étapes. Un critère économique important lors du choix de cette méthode est le rapport de découverture (stripping ratio). Ce rapport est défini comme suit: c'est le poids de stérile à enlever pour libérer une tonne de minerai. Ainsi, un rapport de découverture de 3:1 signifie qu'il faut enlever 3 tonnes de terrain (stériles) de recouvrement pour libérer une tonne de minerai. Plus le rapport de découverture est faible, plus l'exploitation est rentable. Il existe aussi un rapport de découverture qui est suffisamment élevé pour rendre l'exploitation non rentable. Ce dernier est assimilable à la notion de teneur de coupure en exploitation en souterrain. Cette méthode est lourde de conséquence pour l'environnement à cause de l'étendue des dégâts qu'elle cause sur les grandes superficies qu'elle bouleverse. Des exemples de dégâts: - inversion des sols, - présentation de surfaces nouvelles facilitant l'érosion, - changement du relief, - etc. L'opinion publique et les nouvelles législations exigent maintenant des exploitants qu'ils restituent, au terme et même en cours d'exploitation, le territoire dans un état compatible avec une éventuelle réutilisation (agriculture, reboisage,...). Ce type d'exploitation n'est pas utilisé au Québec mais il est commun dans la région des Appalaches, dans l'Ouest canadien et le Mid-West américain.


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6A.4 LES FOSSES (open pit mines) 6A.4.1 Généralités Ce type d'exploitation est répandu au Québec et au Canada. Des exemples importants sont: - les mines d'amiante des Cantons de l'Est, - les mines de fer de la Côte-Nord, - les exploitations de cuivre de la Gaspésie. Cette méthode convient aux gisements en forme d'amas et d'une profondeur de quelques centaines de mètres au contraire du cas des découvertes et des placers. La figure 6A.4.1a illustre ce type de gisement et donne une idée de la séquence de l'évolution de la fosse à mesure que les travaux progressent. La figure 6A.4.1b est une section (coupe verticale) faite dans une telle exploitation. On peut y noter la répartition des teneurs dans les différentes parties du gisement, le profil actuel de la fosse de même que son profil ultime, la spirale décrite par la route sur les murs, les bermes (bancs au mur) plus étroites que les bancs de travail ainsi que les trous de forages localisés dans cette section. Le tableau suivant donne une liste d'un certain nombre d'opérations canadiennes. On y spécifie le type de minerai, les dimensions en surface, la profondeur des fosses, la production journalière ainsi que la hauteur des bancs.

Tableau 6A.4 Exemples d'exploitations en fosse Compagnie, Mine Mine Adams BC Coal Bethlehem Copper Mines Brenda Cominco Pine Point Cyprus Anvil Equity Silver Fording Coal Mines Gibraltar Griffith Mine Indusmin Kidd Creek Lac d'Amiante Manalta Coal Manitoba & Sask. Coal Newmont Mines Noranda, Bell Noranda,Granisle Noranda,Gallen Pamour Porcupine Placer,Endako Sidbec-Normines

Production Fe Charbon Cu, Mo Cu, Mo Pb, Zn Pb,Zn,Ag Ag,Cu,Au Charbon Cu,Mo Fe Néphéline Syénite Au Asbestos Lignite Lignite Cu Au, Cu Cu Au Ag Zn Au Ag Au Mo Hématite

Emplacement Kirkland Lake ON Sparwood BC Highland Valley BC Peachland BC Pine Point NWT Faro,YK Houston BC Elktord BC McLeese Lake BC Red Lake ON Nephton ON Timmins ON Black Lake QC Estevan SK Estevan SK Princeton BC Granisle BC Granisle BC Noranda QC Hislop Twp ON Endako BC Fire Lake QC

Dimensions (pi) 3000x1500x450 22000 / 144000(1) 3000x3000x1000 3500x3500x600 (Note 2) x75-325 4800x3100x410 2700x660x250 plusieurs 2000x2000x500 appr 6000x1800x335 500x3600 1000x1000 4800x6000x950 120x6000x80 100x2100x60 2800x1500x600 2500x3100x500 3000x2400x720 500x1000x150 600x400x130 12000x2000 8500x6500x700

Minerai/stérile tpj 13000 / 10000 23000 / 46000 28000 / 28000 11000 / (Note 3) 11250 / 80000 6600 / 28000 12050 / 77360 40000 / 75500 12500 / 11600 800 / 400 1000 / 3000 10000 / 37400 4000 / 30000(1) 5200 / 28000(1) 22000 / 18000 17000 / 33000 13700 / 30000 1500 / 1500 800 / 1700 33000 / 35000 19000 / 2000

H des bancs / Angle° 40 / 57o 50 / 33,33 / 40 o 50 / 45 o 25 & 50 / 45 o 20 / 36,5 à 45 o 16,5/10° 40-50/55-88o 45 / 38-52o 35 / 53.5o 30 / 45o 40 / 36-46 o 15/70o - / 60 o 40 / 70 o 40 / 70o 35 / 70o 30 / 45o 40 / 57o 33 / 45-50 o 40 / 35-45o

Note 1: Bancs en verges cubes Note 2: Les fosses couvrent entre 24 et 160 acres Note 3: 18000 tpj stérile enlevé plus 14000 tpj mort-terrain par camion et pelle et 22000 tpj par pelle à benne traînante ( dragline).


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6A.4.2 Nature de la méthode

Comme dans le cas des découvertes, il faut d'abord enlever le stérile (mort-terrain et roche stérile) qui recouvre le gisement. Généralement, on en enlève une quantité juste suffisante pour déga ger assez de minerai pour débuter l'opération, le reste du stérile étant dégagé à mesure que progresse l'opération. Après avoir enlevé le stérile nécessaire, on attaque le gisement en progressant par tranches horizontales successives à partir du centre et en allant vers la périphérie. D'une tranche à l'autre, on cherche à conserver une inclinaison globale des parois, ce qui nous donne une excavation évasée vers le haut en forme de tronc conique. L'inclinaison des parois est fonction de deux critères principaux: •

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l'économique de l'opération: on veut, pour minimiser la quantité de stérile à enlever, avoir les pentes les plus fortes possibles, la stabilité des pentes: pour des raisons de sécurité et de stabilité des pentes, il existe une valeur maximum à cette pente. Cette valeur maximum est déterminée en tenant compte des paramètres géotechniques du massif rocheux dans lequel l'exploitation est située.

Une variation de quelques degrés dans la valeur d'une pente moyenne influence beaucoup le volume de l'exploitation et c'est pourquoi, de nos jours, beaucoup d'efforts sont consacrés à la recherche de méthodes scientifiques et fiables pour déterminer la valeur de ces pentes. Plusieurs facteurs doivent être considérés simultanément. Les principaux sont: - la structure du massif rocheux: les plans de faiblesse - les systèmes de joints - le pendage des formations - la nature et les propriétés mécaniques de la roche, - la présence de cours d'eau avoisinants, - la position et les mouvements de la nappe phréatique, - l'importance, l'intensité et la durée des précipitations. L'opération progresse en conservant cet aspect d'un cratère plus ou moins allongé selon la forme du gisement. Plus la profondeur de l'exploitation augmente, plus l'ouverture au sommet s'étend, ce qui entraîne un besoin d'enlever de plus en plus de stérile au mur ou en surface. On peut donc dire que, plus la profondeur de ce type d'exploitation augmente, plus il faut enlever de matériaux qui n'ont pas de valeur économique.


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6A.4.3 Notions de rapport stérile/minerai Pour juger du point où il n'est plus économiquement rentable d'augmenter la profondeur de l'exploitation, on introduit la notion de rapport stérile/minerai ( waste to ore ratio). Le rapport stérile/minerai est défini comme étant la quantité totale de stérile (mort-terrain et roche stérile) en tonnes qu'il faut enlever pour extraire une tonne de minerai, et cela pour la face externe de l'exploitation. Ce rapport variant avec la profondeur, on obtiendra, en tenant compte des coûts d'extraction rattachés à chacune des composantes, un rapport maximum au delà duquel il n'est plus rentable d'augmenter la profondeur d'exploitation. Étant donné que le rapport stérile/minerai est un facteur très important de la rentabilité de l'exploitation, beaucoup d'attention sera apportée à la connaissance des paramètres l'affectant, i.e. la pente des talus et la profondeur de l'exploitation. Des exemples de calcul de valeurs de rapports stérile/minerai en fonction de la variation de la teneur en cuivre et de la variation du prix du cuivre sont donnés au tableau 6A.4.3a. Il faut noter que, pour la clarté de l'exemple, les coûts d'exploitation et de décapage sont pris comme étant constants. En pratique, ces coûts seraient variables, du moins pour les coûts d'extraction qui croissent avec la profondeur. Tableau 6A.4.3 Cas d'une exploitation de cuivre Cas A Variation du rapport stérile/minerai en fonction de la teneur en cuivre % en cuivre du minerai cuivre récupéré (lb/tonne) valeur du cuivre à 0,65$/lb coûts de production par tonne coûts du décapage du stérile par tonne montant disponible pour le décapage rapport stérile/ minerai au mur

0,60 10,30 6,70$ 5,10$ 0,92$ 1,60$ 1,7:1

0,70 12,20 7,93$ 5,10$ 0,92$ 2,83$ 3,1:1

0,80 14,10 9,17$ 5,10$ 0,92$ 4,07$ 4,4:1

Cas B Variation du rapport stérile/minerai en fonction du prix du cuivre prix du cuivre par lb % en cuivre par tonne contenu en cuivre en lb par tonne valeur du cuivre par tonne coûts de production par tonne coûts du décapage par tonne montant disponible pour le décapage par tonne rapport stérile / minerai

0,60$ 0,70 12,20 7,32$ 5,10$ 0,92$ 2,22$ 2,4:1

0,80$ 0,70 12,20 9,76$ 5,10$ 0,92$ 4,66$ 5,1:1

1,00$ 0,70 12,20 12,20$ 5,10$ 0,92$ 7,10$ 7,7:1

6A.4.4 Dimensions des gradins Géométriquement parlant, la pente moyenne des gradins résulte de l'agencement de deux dimensions fondamentales: - la hauteur des gradins, - la largeur ou la profondeur des gradins ou des bermes (aux limites ultimes de la fosse). La hauteur des gradins est déterminée après considération de la nature du roc et de l'équipement de forage et de chargement qui sera utilisé. En effet, la profondeur des trous de mines à forer est directement liée à la hauteur des bancs. Parfois, les conditions en place peuvent limiter cette hauteur de banc. Par exemple, des trous profonds en terrain difficile à forer est une combinaison à éviter et dans ces cas, nous aurions des gradins moins hauts. De même, pour des raisons de sécurité, il convient également que les gradins ne soient pas plus hauts que la portée maximum des godets des pelles utilisées pour le chargement des matériaux abattus. Cette restriction facilite grandement le purgeage des fronts de taille au moyen des dents du godet et accroît la sécurité du chantier. Beaucoup de mines canadiennes opèrent avec des hauteurs de gradins de l'ordre de 12 à 15 m (réf. tableau 6A.4). La largeur ou la profondeur des gradins actifs est liée aux considérations suivantes: MIN1101 – Chapitre 6

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l'espace requis pour la circulation des équipements de forage, de chargement et de transport, le volume de minerai à faire sauter lors d'une volée pour arriver aux taux de production établis.

Dans une perspective d'une continuité de production, il faut opérer simultanément plusieurs gradins et s'assurer que tous ces fronts progressent harmonieusement sans se nuire réciproquement. Par exemple, les sautages obligent à déplacer de l'équipement souvent peu mobile et une bonne dispersion des chantiers sur le site permettra de minimiser les retards causés par ces déplacements.

6A.4.5 La circulation dans la mine L'accès au fond de la mine se fait la plupart du temps par une (parfois deux) route en spirale qui résulte du passage graduel d'un gradin au suivant, d'un chemin dont la pente est d'environ 10%. Lorsque la limite ultime de la mine est atteinte et qu 'on est au mur extérieur, la route est aménagée en permanence sur les bermes dont on a doublé ou même triplé (parfois jusqu'à 30m de largeur) la largeur de manière à faciliter la circulation double. Cela se produit d'abord aux niveaux supérieurs. Aux niveaux où la limite ultime de l'exploitation n'est pas atteinte, les chemins ont un caractère plus temporaire et sont appelés à être déplacés graduellement vers le pourtour de la mine pour y devenir plus permanents.

6A.4.6 Aménagement de la surface L'aménagement des installations de surface i.e. les ateliers d'entretien, les voies d'accès, le concentrateur, les bureaux, les terrils et les haldes de déchets du concentrateur doivent faire l'objet d'une planification tant du point de vue de leur localisation optimum grâce à des études de recherche opérationnelle que de celui de la prise en compte des limites ultimes de la fosse afin de ne pas avoir à redéplacer des installations permanentes pour pouvoir continuer l'exploitation.

6A.4.7 Principales étapes de l'exploitation Les principales étapes de l'exploitation en fosse sont principalement: 1. le décapage des matériaux de recouvrement, 2. le forage en rocher 3. l'abattage du massif, 4. la manutention des produits abattus, 5. le contrôle des eaux.

6A.4.7.1 Le décapage des matériaux de recouvrement Le décapage consiste en l'enlèvement des matériaux de recouvrement au-dessus du gisement. Les quantités enlevées et la localisation des zones à décaper dépendent de facteurs propres à chaque exploitation. L'exploitant verra à maximiser le rendement de son investissement et l'utilisation de sa machinerie en décapant d'abord les quantités nécessaires pour atteindre une partie exploitable du gisement afin de débuter l'exploitation et de générer ainsi des entrées de fonds. Le reste du décapage se fera au fur et à mesure que l'exploitation progressera. Dépendant du type de matériaux de recouvrement, on procédera au décapage de différentes manières, selon des séquences variables et avec des équipements appropriés. Les matériaux de recouvrement peuvent avoir une cohésion allant de nulle (sable) à très forte (rocher) avec toutes les possibilités entre les deux (ex. rocher fissuré). Dans chacun des cas, on doit décider d'une méthode d'enlèvement appropriée et choisir des équipements adéquats parmi la gamme des options disponibles. S'il s'agit de mort-terrain (terrain meuble), on procédera, s'il y a lieu, premièrement à un décapage de la couche supérieure de sol (terre arable) que l'on entreposera dans un endroit où il sera possible de le récupérer pour servir à la revégétation ultérieure des terrains miniers. Étant donné l'inversion des couches de sols lors du décapage et de l'entreposage des morts-terrains, cette première étape évitera que le sol de surface, qui est le plus fertile, soit entreposé en dessous des autres et qu'il devienne ainsi inaccessible pour MIN1101 – Chapitre 6

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un épandage sur les terrains à revégéter. Ensuite, dans une deuxième étape, on procédera à l'enlèvement du reste du mort-terrain. Dans les cas où il faut enlever du terrain meuble, on pourra avoir recours à une ou à une combinaison des équipements suivants: - tracteurs, pelles et camions, - scrapers, béliers mécaniques, - pelle à benne traînante ( draglines), roues-pelles, convoyeurs, - hydrauliquage. Nous verrons plus loin l'ensemble des équipements disponibles ainsi que des spécifications quant à leur productivité respective. S'il s'agit de boue ou de vase comme dans les cas d'une exploitation partiellement ou complètement sous un lac, on procédera par dragage et pompage. Les travaux pourront même impliquer la construction de digues pour retenir une partie des eaux ainsi que la construction de bassins de décantation pour clarifier l'eau de ses sédiments avant de la retourner à la nature. Si le terrain de recouvrement est rocheux, dépendant de son degré de cohésion, il faudra utiliser soit des techniques de rippage, soit des techniques de forage et de sautage pour en briser la cohésion avant de procéder à son enlèvement. S'il est de faible épaisseur, il pourra arriver qu'on l'enlève en même temps que l'exploitation du gisement, mais en le considérant comme du stérile et en prenant soin de ne pas le laisser se mêler au minerai pour éviter la dilution autant que possible. Les principaux éléments à considérer pour choisir une méthode de décapage ainsi que les équipements appropriés sont les suivants: 1- La grandeur, la forme du gisement ainsi que la distribution des teneurs à l'intérieur de ce dernier. Est-ce que le minerai est massif ou dispersé, de forme tabulaire à pendage horizontal ou vertical, en veines épaisses ou minces ? 2- La nature des terrains de recouvrement. Sont-ils en massif dense ou en couches sédimentaires ? S'agit-il de matériaux cohésifs ou friables, d'argile ou de terre ? 3- Le caractère et l'importance de la structure géologique. Y a-t-il des joints, des zones de fractures ou de cisaillement ? Y a-t-il des formations immergées régulièrement ou périodiquement sous la nappe phréatique? 4- Conditions particulières. Y a-t-il des conditions physiques, climatiques ou chimiques qui pourront rendre certains équipements inopérants durant certaines périodes ? 5- La durée et le taux de production des travaux. Est-ce que la production sera continue ou bien intermittente ? 6- L'influence des capacités et des distances des zones d'entreposage des matériaux enlevés par rapport à la zone de décapage. 7- L'utilisation future des équipements. Est-ce qu'on les utilisera aussi pour extraire le minerai ? Est-ce que leur capacité sera choisie en fonction de ces deux utilisations ou seulement en fonction d'une seule ?

Dans beaucoup d'exploitations, on pourra même confier les travaux de décapage à des entrepreneurs spécialisés dans le but de réduire les montants d'immobilisation et de réaliser les travaux le plus rapidement possible à moindre coût.


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Il existe trois méthodes d'extraction (stripping ) selon le ratio minerai/stérile: ratio décroissant, croissant et constant. La méthode de ratio décroissant nécessite que chaque gradin de minerai soit fait en séquence, et que tout le stérile de ce gradin soit enlevé jusqu'à la limite de la fosse. Les avantages de cette méthode sont: l'espace de travail disponible, l'accessibilité au gisement plus facile pour le gradin suivant, tout l'équipement d'extraction est au même niveau, il n'y a pas de dilution causée par les sautages audessus du gisement, l'équipement nécessaire est réduit vers la fin de l'exploitation. • • •

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Le désavantage principal de cette méthode est que les dépenses d'exploitation sont au maximum au début de l'extraction lorsque le maximum de profit est nécessaire pour payer le capital emprunté et les intérêts. Pour la méthode de ratio croissant, l'extraction est faite pour voir le gisement découvert. Les pentes des faces de stérile sont maintenues le plus possible parallèles à l'angle général de pente de la fosse. Cette méthode permet d'obtenir un maximum MIN1101 – Chapitre 6

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de profit dans les premières années d'exploitation et réduit de beaucoup les risques financiers pour l'enlèvement du stérile pour atteindre le gisement dans les années subséquentes. Cette méthode est très populaire lorsque les prix des métaux sont fragiles, affectant les teneurs de coupure. Le désavantage est la difficulté d'extraction en profondeur avec des gradins étroits. La méthode de ratio constant consiste à enlever le stérile à un taux régulier. La pente des faces de stérile, peu profonde au début, croît avec la profondeur jusqu'à ce que la pente soit la même que celle de la fosse. Cette méthode est un compromis, qui permet d'éviter les conditions difficiles des méthodes précédentes. L'équipement nécessaire à l'extraction demeure relativement le même pour la durée de l'exploitation. En général, la meilleure séquence d'extraction pour un gros gisement est celui dont le taux est faible au début et vers la fin de l'exploitation. Résumons les avantages: 1. Un bon profit au départ augmente les liquidités financières. 2. L'équipement peut être augmenté à une capacité maximum pour une période de temps donnée. 3. Les besoins en équipement d'extraction diminuent graduellement vers la fin de l'exploitation. 4. Le minage et l'extraction peuvent être faits simultanément, permettant plus de flexibilité de planification.


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6A.4.8 Notes complémentaires

Capacité du godet 3 3 verges (m ) 5 (3.8) 8 (6.1) 9 (6.9) 10 (7-6) 15 (11.5) 25 (19-1)

Tableau 6A.4.8a Gradin en terre 3 3 verges /h (m /h) 420-605 (320-465) 600-825 (460-630) 680-930 (520-710) 750-1025 (575-785) 1140-1550 (870-1185) 1900-2500 (1455-1910)

Gradins en roche 3 3 verges /h (m /h) 375-500 (285-380) 490-675 (375-515) 555-770 (425-590) 615-845 (470-645) 925-1270 (705-970) 1540-2075 (1175-1585

Conditions présumées: 3 3 3 3 1. Poids spécifique, gradins en terre: 1,5 tonnes/v (1,8 tonnes/m ) en roche: 2,0 tonnes/v (2,4 tonnes/m ) 2. Difficulté de creusage: difficile à facile. Pour le roc, difficulté selon l'efficacité du sautage 3. Quarts de travail : 60 min/h (facteur de gestion = 100%) 4. Angle de giration: optimum (90°) 5. Profondeur de coupure: favorable (100%) 6. Facteurs combinés profondeur/angle: 100% 7. Facteur de godet: 1,0 8. Cycle: chargement-transport sur les gradins

Tableau 6A.4.8b - Largeurs minimales des voies de circulation pour des camions à benne basculante Capacité du Largeur approx Largeur x 4 camion Tonnes courtes m m 35 tonnes 3,7 14,8 85 tonnes 5,4 21,6 120 tonnes 5,9 23,6 170 tonnes 6,4 25,6 Tonne courte = 0,9071847 tonne métrique


Largeur de route nécessaire m pi 15 50 23 75 25 85 30 100

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Chapitre 6 A - Exploitation à ciel ouvert

QUESTIONNAIRE DE REVISION 1- Quels sont les trois types de minières? 2- Qu'est-ce qui explique la popularité croissante des exploitations à ciel ouvert? 3- Pourquoi la sécurité est-elle accrue dans les exploitations à ciel ouvert relativement aux exploitations souterraines? 4- Qu'est-ce qui fait que les placers sont économiques à exploiter? 5- Quel est le principe de fonctionnement du sluice? 6- Quel minerai exploite-t-on généralement à partir de découvertes? 7- Qu'est-ce que le rapport de découverture? 8- Quels sont les effets des exploitations par découverte sur l'environnement? 9- Où trouve-t-on des exploitations en fosse au Québec? 10- À quel type de gisement s'applique la méthode d'exploitation en fosse? 1112131415-

Quels sont les facteurs qu'il faut considérer pour le calcul de la pente à donner aux parois d'une fosse? Pourquoi les gradins ne doivent pas être plus haut que la portée des godets des chargeuses? Quelle doit être la largeur minimum de la route pour des camions de 85 tonnes? Quelles sont les principales étapes de l'exploitation en fosse? Pourquoi garde-t-on la couche de terre arable lors de l'opération de décapage?

1617181920-

Si le gisement est recouvert de boue ou d'eau, quel équipement utilise-t-on pour le décapage? Qu'est-ce que la profondeur ultime d'une fosse? Où trouve-t-on des placers au Canada? Qu'est-ce que l'hydrauliquage? Quelle(s) technique(s) de décapage utilise-t-on si le matériau de recouvrement est rocheux?

21222324-

Quel type de chargement peut être utilisé pour les matériaux peu cohésifs? Quelle est la principale limitation imposée par le transport par train? Qu'est-ce que le minage en continu? Pourquoi est-il souhaitable d'augmenter la densité des matériaux meubles utilisés comme matériaux de construction? 25- Nommez quatre utilisations du bulldozer. 26- Quelle est la concentration en solides moyenne utili sée pour le transport par pipeline? 27- Quel est l'inconvénient majeur associé au transport par convoyeurs? 28- Qu'est-ce qu'un scraper ? 29- Qu'est-ce que le chargement en cavage? 30- Les pelles à benne traînantes draglines travaillent-elles en butte?


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PARTIE 6B LES ÉQUIPEMENTS 6B.1 GÉNÉRALITÉS Dans les exploitations à ciel ouvert, la tendance est aux équipements de grande capacité. Les principales étapes de la manutention des produits abattus sont: le chargement, le transport, la répartition (dispatching ) des véhicules, le nettoyage des aires de travail, l'entretien des voies de circulation, l'entreposage des matériaux. ! ! ! ! ! !

Afin de maximiser le rendement global d e l'opération, il faut prendre en compte toutes les composantes du système, composantes qui sont inter agissantes entre elles. On peut décrire et analyser rapidement chacune de ces étapes.

6B.1.1 Le chargement Selon le type de matériaux, notamment sa cohésion, le chargement se fera suivant différentes techniques et mettra en cause divers équipements. Si le matériel est peu cohésif et qu'on doive en déplacer de grandes quantités, on pourra utiliser un type de chargement en continu. Dans ces cas, les matériaux sont généralement prélevés par des godets en rotation et déversés simultanément sur des convoyeurs à bande installés sur l'appareil. Ces derniers acheminent les matériaux vers un point de déchargement qui est soit un autre moyen de transport (camions ou trains), soit un point d'entreposage (halde ou talus), soit une usine de traitement. Si les matériaux sont relativement cohésifs, il faudra en briser la cohésion et produire des blocs relativement petits par des sautages. Dans ces cas, on utilisera surtout des équipements travaillant par cycles comme des pelles mécaniques.


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6B.1.2 Le transport

Pour transporter les matériaux, l'ingénieur dispose de plusieurs moyens. Les principaux modes de transport utilisés sont les suivants: les camions, les scrapers les convoyeurs à bande, les trains, les pipelines, d'autres moyens moins courants: le transport par câble aérien, les passes à minerai, les convoyeurs modulaires, les skips inclinés. • • • • • •

• • • •

Nous verrons plus loin un aperçu technique de ces divers moyens de transport. Les équipements de transport qui seront choisis le seront principalement en fonction de certains paramètres d'opération. Les principaux paramètres utilisés seraient les suivants: la grosseur maximum des composantes des matériaux (camions vs convoyeurs), les volumes à manipuler (camions vs trains), les distances à parcourir (pipelines vs trains), l'inclinaison de voies de transport (trains vs camions), le nombre de points de chargement pour atteindre le mélange désiré (capacité des camions). • • • • •

6B.1.3 La répartition (dispatching ) des véhicules

La réparti-tion des véhicules a pour but d'utiliser au maximum les équipements disponibles et de minimiser les temps d'attente tout en assurant une production avec la teneur désirée. Étant donné que les teneurs du minerai varient d'un point à l'autre du gisement et qu'il faut assurer une teneur relativement cons-tante au concentrateur, cela implique que le minerai devra être soutiré de différents endroits en quantités déterminées. De plus, parce que les temps de transport entre les divers points de soutirage dans la mine et les points de déchargement sont différents et que l'on veut maximiser l'utilisation des équipements tout en minimisant les temps d'attente des véhicules (camions et pelles), on établira un système plus ou moins sophistiqué pour optimiser l'ensemble du système. Dans la majorité des cas, un modèle d'optimisation informatisé analyse la situation d'une manière dynamique et détermine la destination de chacun des camions pour chacun des trajets qu'il fait. Pour chacun des voyages d'un camion, un opérateur informe le conducteur de sa prochaine destination et détermine ainsi l'appareil de chargement où il devra se diriger.


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6B.1.4 Le nettoyage des aires de travail

Lors des sautages, il arrive que parmi les blocs produits certains d'entre eux soient trop volumineux pour être manipulés par les appareils de chargements. Dans ces cas, on fait appel à des équipements auxiliaires (ex. béliers mécaniques) pour déplacer ces blocs hors de l'aire de travail à mesure qu'ils sont dégagés par la pelle de manière à ce qu'ils ne nuisent pas au travail des pelles et des camions. Lorsque les équipements de chargement et de transport se sont suffisamment déplacés, on brise alors ces blocs de différentes manières: sautages secondaires, drop-balls ou autres (fig. 6B.1.4). 6B.1.5 L'entretien des voies de circulation

L'entretien des voies est essentiel pour assurer une productivité adéquate. Pour les voies ferrées, il s'agira de procéder à des vérifications régulières afin d'éviter les délais et les déraillements. Dans le cas des voies de transport pour camions, pour des raisons de sécurité, il faudra lutter contre le dégagement de poussière par des arrosages réguliers et contre la formation de glace par l'épandage de scories. Dans le but de minimiser les dommages causés aux pneus des camions, il faudra assurer une surface plane exempte de blocs rocheux par un grattage régulier. 6B.1.6 L'entreposage des matériaux

Il faudra que des aires d'entreposage des matériaux aient été déterminées. Généralement, il faudra entreposer les stériles ou le mort-terrain dans des endroits spécialement choisis en fonction de leur distance par rapport à la fosse et fournissant le volume nécessaire. Les dimensions de ces empilements devront être définies de manière à leur assurer une stabilité à long terme et à en permettre une revégétation ultérieure. Dans les cas du minerai, il est généralement acheminé directement à l'usine de traitement. Dans certains cas, il peut être mis en tas ou dans des accumulateurs de manière à pouvoir procéder à des mélanges afin d'uniformiser la teneur. Après un traitement approprié, le concentré sera entreposé, soit à l'intérieur d'entrepôts, soit dans des accumulateurs pour être acheminé vers les marchés le plus souvent par trains.


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6B.2 L'EXHAURE 6B.2.1 Les principales sources d'eau Les principales sources d'eau dans une opération à ciel ouvert proviennent des précipitations, pluie ou neige. Ce qui n'est pas évaporé doit s'écouler en surface ou pénétrer dans la partie supérieure du terrain. Il serait important de connaître les quantités en cause mais il n'existe pas de techniques précises pour y parvenir. On peut calculer ou mesurer en place des coefficients de perméabilité (coefficient décrivant la vitesse de circulation de l'eau dans les sols) mais leurs valeurs varient généralement tellement d'un point à l'autre à l'intérieur d'une même zone qu'ils sont plutôt des valeurs indicatrices que des paramètres de calculs. Il faut donc la plupart du temps procéder par expérimentation sur place. Il faut contrôler l'infiltration d'eau dans les fosses pour: ! !

!

augmenter la stabilité des pentes, augmenter la production des équipements qui sont plus difficilement utilisables en terrains boueux, combattre une usure excessive sur les équipements en diminuant à la fois les infiltrations d'eau dans les pièces mobiles et l'abrasion causée par la boue dans les engrenages.

En contrôlant les eaux, on doit poursuivre trois buts: 1. contrôler les eaux de surface (ruissellement), 2. contrôler les infiltrations d'eau venant de la nappe phréatique, 3. éliminer les eaux accumulées dans le fond de la fosse. 6B.2.1.1 Contrôle des eaux de surface Le but de ce contrôle est d'empêcher les eaux de surface d'atteindre l'intérieur de la fosse pour qu'elles ne causent pas d'érosion sur les parois et aussi éviter d'avoir à les repomper à partir du fond de la fosse, ce qui nécessite plus d'énergie que de les détourner dès le début. Pour détourner les eaux, on procède généralement en creusant autour des murs de la fosse des canaux de dérivation et des fossés, pour entraîner les eaux avant qu'elles n'atteignent les bords de la fosse. Il faut s'assurer que les ouvrages de dérivation ont des dimensions telles qu'ils peuvent opérer adéquatement sous les pires conditions prévisibles. Il faut s'assurer aussi qu'ils ne nuisent ni au bon déroulement des travaux, ni à la circulation des véhicules. 6.B.2.1.2 Contrôle des infiltrations venant de la nappe phréatique Pour contrôler les infiltrations d'eau venant de la nappe phréatique, l'ingénieur ne peut qu'abaisser la hauteur de cette nappe à une élévation inférieure à celle du fond de la fosse. Pour y parvenir, on creuse dans la zone déterminée des trous dont les diamètres varient de 10 à 90 cm. On utilise ces trous pour pomper l'eau à des profondeurs allant jusqu'à 300m de manière à vider les terrains avoisinants de l'eau qu'ils contiennent. Pour y parvenir, il faut pomper à un taux plus grand que celui de l'infiltration naturelle. Plus les trous sont loin de la fosse et plus grande est la différence entre l'infiltration et le pompage, plus il faut commencer le pompage tôt si on veut que la nappe soit suffisamment basse pour le début des travaux. Dans certaines opérations en Allemagne, les effets d'abaissement de la nappe se sont faits sentir jusqu'à 20 km de la mine. Pour effectuer le pompage, on peut recourir à deux types de pompes: - les pompes de surface avec un rotor dans le fond du trou, dans ces cas, le moteur est installé en surface et il est relié au rotor par un long arbre supporté par des coussinets ( bearings) sur toute sa longueur. Les rotors ont un diamètre de 10 à 75 cm et peuvent fournir des débits allant de 0,6 à 250 litres/seconde (10 à 4000 gallons/min) avec une tête d'eau allant jusqu'à 4500 kPa (1500 pieds) si elles sont à plusieurs paliers. Elles sont li-


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mitées à des profondeurs de moins de 100 m à cause des coûts et des difficultés d'entretien des coussinets. De plus, il faut que les trous utilisés soien t droits pour éviter les bris de l'arbre. - les pompes à turbine verticale, les moteurs des ces pompes sont submersibles et ils sont installés sur le rotor de la pompe dans le fond du trou. De telles pompes peuvent être extrêmement puissantes avec des moteurs de l'ordre de 1200 kW, des diamètres jusqu'à 80 cm (32 po), des têtes d'eau allant jusqu'à 3000 kPa (1000 pi) avec 10 paliers en série et des poids allant jusqu'à 10 tonnes. Ces pompes ont l'avantage de pouvoir être utiliser dans des trous qui ne sont pas tellement droits étant donné qu'il n'y a que le tuyau d'évacuation et les fils électriques qui font toute la profondeur du trou, la pompe ayant une longueur relativement faible. 6B.2.1.3 Élimination des eaux accumulées dans le fond de la fosse Pour éliminer les eaux dans le fond de la fosse, on peut procéder de deux façons. On peut soit utiliser un puisard au fond de la fosse, soit construire une galerie conduisant à des travaux en souterrain où seraient situées les pompes. Cependant, dans ce type de contrôle, il faut se souvenir que plus on laisse l'eau descendre bas, plus il nous en coûtera d'argent pour la remonter à la surface. Dans les cas où on choisit d'opérer à l'aide d'un puisard, il faut d'abord procéder au creusement de ce dernier dans le fond de la fosse et cela à chaque fois qu'une nouvelle tranche horizontale (un nouveau banc) est débutée. Ce puisard devra être de dimensions suffisantes pour que les fluctuations des arrivées d'eau ne causent aucun débordement. De plus, la profondeur du puisard devrait être suffisante pour permettre aux solides de sédimenter (diminution de l'usure dans les pompes) et aux pompes d'opérer efficacement. Il faut ensuite s'assurer que le fond de la fosse soit construit avec une pente globale dirigée vers ce puisard d'au moins 2%, de manière à ce que l'eau y soit acheminée par gravité. Cette pente de 2% devrait, dans la plupart des cas, être suffisante pour tenir compte des dépressions locales du plancher de la fosse. Dans le puisard, on installe des pompes pour acheminer l'eau accumulée vers l'extérieur de la fosse. Généralement pour ce type d'installation, on utilise soit des pompes centrifuges avec moteur et arbre de couche horizontaux, soit des pompes à turbines verticales. Les principaux avantages d'utilisation dans les cas de pompes à arbre de couche horizontal sont: !

!

!

elles sont moins endommagées par les matériaux abrasifs présents dans l'eau étant donné qu'elles peuvent être recouvertes à l'intérieur de caoutchouc, l'entretien est plus facile parce que toute l'installation est en dehors de l'eau, pour beaucoup d'installations, ce sont les pompes les moins dispendieuses, surtout dans les cas de petit débits et de faibles tête d'eau ,

Les principaux avantages d'utilisation des pompes à turbine verticale sont: !

! ! ! !

l'amorçage ( priming ) de la pompe n'est pas nécessaire parce que l'unité de pompage est submergée. Ceci est surtout avantageux dans les cas d'utilisation avec des systèmes automatiques, ce sont des pompes très flexibles et permettant de développer de grandes têtes d'eau (jusqu'à 3000 kPa), elles nécessitent peu d'espace d'installation. le moteur peut être installé au-dessus de la pompe pour éviter d'être inondé lors de pannes. les moteurs utilisés sont plus efficaces et moins dispendieux.


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6B.3 LES ÉQUIPEMENTS DISPONIBLES 6B.3.1 Généralités Pour chacune des étapes de l'exploitation, on peut choisir la machinerie parmi une gamme d'appareils disponibles. Certains de ces appareils pourront correspondre à un seul type de travail alors que d'autres seront plus polyvalents et pourront remplir plusieurs fonctions. Parfois, on pourra même développer nous-mêmes certaines de nos machines ou en modifier d'autres. On peut classer l'équipement utilisé en diverses catégories dont les principales seraient: • • • • •

les équipements d'excavation les équipements de forage les équipements de transport les équipements de nivellement les équipements auxiliaires.

6B.3.2 Les équipements d'excavation 6B.3.2.1 Généralités Les équipements d'excavation peuvent être subdivisés en différentes catégories: les chargeurs opérant par cycles les chargeurs opérant en continu. • •

6B.3.2.1.1 Les chargeurs opérant par cycles Par définition, un chargeur opérant par cycles est un équipement qui doit d'abord charger les matériaux, faire un certain déplacement et ensuite décharger les matériaux. Les cycles s'enchaînent généralement les uns après les autres. Dans cette catégorie, on retrouve: • • • • •

A) B) C) D) E)

des pelles mécaniques travaillant en butte des pelles en dragline des pelles en rétro (hoes) des pelles à benne preneuse (clamshells ) des chargeurs frontaux.

6B.3.2.1.1A) Les pelles mécaniques travaillant en butte Dans cette catégorie on peut regrouper les équipements en deux catégories: - les pelles à godet fixe - les pelles à godet orientable.

a) LES PELLES À GODET FIXE Ces équipements sont généralement montés sur des chenilles ce qui les rend bien adaptés aux types de surface de travail de même qu'aux chocs subis dans le cours de leur travail. Cependant, la mobilité de ces appareils en souffre. Il existe une grosseur maximum de blocs qu'une pelle peut manipuler et les blocs qui dépassent cette dimension devront être brisés avant leur chargement. Ce type d'appareils est utilisé pour les travaux suivants: l'excavation de parois verticales la mise en tas et le chargement de camions • •


24

• •

la reprise d'un tas le décapage.

Dans les opérations de décapage, des productions typiques seraient (1verge 3 = 0,836m3): Godet Production mensuelle verges cubes verges cubes 17 400 000 à 500 000 45 900 000 à 1 100 000 65 1 600 000 à 1 900 000 80 1 700 000 à 2 300 000 125 2 625 000 à 3 800 000 180 3 900 000 à 5 200 000 Dans des opérations d'extraction, on aurait des productions de: Godet en chargeant du sol en chargeant du rocher verges cubes verges cubes en tonnes par heure travaillée 8 600 à 825 640 à 875 9 680 à 930 725 à 1 000 10 750 à 1025 800 à 1 100 15 1 140 à 1 550 1 200 à 1 650 25 1 900 à 2 500 2 000 à 2 700 b) LES PELLES À GODET ORIENTABLE Ces unités plus récentes (fig. 6B.3.2.1.1Ab) consistent en des pelles mécaniques sur lesquelles on a remplacé le godet rigide par un godet articulé. Un tel arrangement permet une plus grande flexibilité en combinant les avantages de la pelle et de la chargeuse frontale. 6B.3.2.1.1B) Les pelles excavatrices à benne traînante (dragline) Ces équipements (figures 6B.3.2.1.1B a et b) consistent en un godet suspendu à une flèche et tiré horizontalement par un câble. Ces pelles sont utilisées pour: •

• • •

l'extraction des matériaux au-dessous de l'aire d'assise de la pelle le profilage et le nettoyage de tranchées larges l'édification de talus et de digues le chargement en tas ou en trémies.

Les taux de production suivants seraient typiques pour ce genre d'équipement (1 verge3 = 0,836m3): Godet verges cubes 14 35 40 60 85 100 130


Production mensuelle verges cubes 300 000 à 400 000 650 000 à 800 000 750 000 à 950 000 1 000 000 à 1 300 000 1 600 000 à 2 000 000 1 900 000 à 2 400 000 2 400 000 à 3 000 000

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6B.3.2.1.1C) Les pelles en rétro Les pelles en rétro (fig. 6B.3.2.1.1C page suivante) sont souvent utilisées comme outils secondaires pour nettoyer ou enlever des matériaux de surface. On les utilise aussi pour creuser des tranchées et des fossés. Étant données leurs dimensions relativement faibles (des godets de 0.25 à 4.5 verges cubes), ce sont des appareils d'une grande mobilité. Ce type d'appareil est surtout utilisé pour: extraire des matériaux au-dessous de l'aire d'assise de la pelle creuser des tranchées le chargement de camions. •

• •

6B.3.2.1.1D) Les pelles à bennes preneuses (clamshell ) Il s'agit d'une pièce d'équipement (figure 6B.3.2.1.1D) semblable à une dragline mais équipée d'une benne preneuse formée de deux coquilles jointives pouvant s'ouvrir ou se fermer comme des mâchoires et possédant tantôt des bords coupants, tantôt des dents amovibles. Certaines bennes peuvent être formées uniquement de 4 à 6 griffes articulées en écorce d'orange ou non jointives dans le cas d'une benne polype. 6B.3.2.1.1E) Les chargeurs frontaux Ces équipements (fig. 6B.3.2.1.1Ea,b) peuvent être montés sur chenilles ou sur pneus. Leur châssis peut être rigide ou articulé. Leur godet, qui peut prendre plusieurs formes en fonction de l'utilisation, est relevable hydrauliquement à l'aide de deux bras latéraux et est articulé de manière à pouvoir opérer un mouvement de rotation autour d'un axe horizontal. Certains godets opèrent par déversement latéral (fig. 6B.3.2.1.1Eb). Ce sont des machines très flexibles pour les utilisations suivantes: •

•

• • •


la reprise, la manutention et le chargement de tous matériaux avec godet approprié l'excavation en plat de matériaux meubles ou désagrégés l'excavation en butte de matériaux tendres le nettoyage des aires de travail l'épandage et le nivellement de matériaux.

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Modèles de chargeur frontal Caterpillar sur chenilles

Modèles de chargeur Carterpillar sur pneus

N° modèle

Poids kg 6 900 11 340

Godets m3 0,8 1,15

N° modèle

931 941

Puissance kW (HP) 46 (62) 60 (80)

910 920

Puissance kW (HP) 48 (65) 60 (80)

Poids kg 6 400 8 190

951C

71 (95)

12 340

1,34

930

75 (100

9 280

955L

97 (130)

13 700

1,34 à 1,72

950

97 (130)

11 550

977L 983

142 (190) 205 (275)

21 320 34 160

1,9 à 2,48 3,45 à 4,20

966C 980B

127 (170) 194 (260)

15 770 23 180

988 992B

242 (325) 410 (550)

31 500 62 140

Godets m3 0,8 à 1,0 1,15 à 1,34 1,34 à 1,72 1,72 à 2,68 2,3 à 3,45 3,45 à 4,20 4,6 à 5,35 7,65

6B.3.2.1.2 Les chargeurs opérant en continu Une chargeuse opérant en continu déloge et charge le matériel simultanément. Généralement, ces appareils opèrent dans des matériaux meubles ou ayant peu de cohésion. Cependant, avec les puissances plus grandes disponibles, on parvient de plus en plus à opérer dans des matériaux plus cohésifs. Jusqu'à maintenant, les expériences tentées dans des matériaux déjà sautés se sont avérées peu satisfaisantes. Dans cette catégorie d'équipement, on compte les appareils suivants: appareils de creusement de tranchées et de fossés des chargeurs-convoyeurs des excavatrices Auger des excavatrices ou dragueurs à roue à godets. •

• • •

Les appareils de creusement de tranchées ou de fossés sont peu utilisés dans les mines. Les excavatrices Auger (fig. 6B.3.2.1.2a) sont des appareils très spécialisés pour l'extraction de minces couches de charbon ou de potasse et ils ressemblent à des vis sans fin que l'on enfonce dans la couche exploitée. Les excavatrices ou dragueurs à roue à godets (bucket-wheel excavator BWE) sont des appareils dont l'extrémité de la flèche est terminée par une roue à godets (6 à 12) qui fait l'excavation et qui rejette les matériaux sur une courroie de convoyeur qui circule sur le dessus de cette flèche. Les matériaux s'écoulent en un flot continu vers un point de transfert qui les charge sur un convoyeur d'évacuation. L'ensemble de l'appareil peut pivoter sur sa base et la flèche peut se déplacer dans les plans horizontal et vertical ce qui lui permet de faire différentes coupes.


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Exemple type d'intallations d'excavatrices à roue à godets ( BWE ) Emplacement

Matériau traité

Godet

verges

Sumatra Yougoslavie Inde Maroc Californie Mauritanie Allemagne Californie Illinois Allemagne Afrique du Sud

Craie / lignite Argile / lignite Grès Phosphate Rejets dragués Minerai de fer Argile / lignite Mort-terrain Argile et shale Argile / lignite Mort-terrain


0,33 0,46 0,92 0,13 1,83 0,85 6,0 2,6 1,97 0,97 0,46

3

Godets

Diamètre de la roue (pi)

n

7 8 9 8 8 8 10 10 ... 9 8

17,0 20,4 26,3 11,4 29,5 21,6 57,4 30,0 37,8 32,8 20,4

Avancement

Perte théorique

Puissance

Poids de la machine

pi/min

verges /h

422 481 660 405 464 295 718 566 623 800 481

kW

tonnes

654 1650 3940 702 4530 1800 11300 9000 6200 2600 1650

430 715 1873 130 1 050 663 9 164 1490 5 000 ... 715

312 460 1 250 133 607 565 7 350 800 3 500 1 454 460

3

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6B.3.3 Les équipements de transport 6B.3.3.1 Les camions Il existe deux types de camions utilisés dans les opérations en fosse (fig. 6B.3.3.1): les camions non articulés de type conventionnel avec vidange par basculement vers l'arrière les camions articulés. !

!

Dans le cas des camions non articulés, la boîte est vidée grâce à un système de levage par cylindre hydraulique qui bascule celle-ci vers l'arrière. Ils sont montés sur deux essieux, dont l'un ou les deux sont motorisés, ou sur trois essieux avec les deux essieux arrières motorisés. Dans le cas des camions articulés, un tracteur monté sur un ou deux essieux tire un boîte montée sur un essieu. Dans les cas de tracteurs montés sur un seul essieu, leur capacité de manoeuvre est très grande étant donné qu'ils peuvent tourner sans devoir avancer. Les tracteurs montés sur deux essieux sont moins manoeuvrables mais ils sont plus appropriés au transport sur longues distances. On peut subdiviser ce groupe en trois catégories: les camions à vidange vers l'arrière les camions à vidange sur le côté les camions à vidange par le fond. ! ! !

La majorité de ces véhicules sont mus par des moteurs à deux ou quatre temps, fonctionnant au carburant diesel. Pour faire déplacer le camion, le moteur transmet son énergie aux roues motrices soit par l'entremise d'une transmission, soit en faisant fonctionner une génératrice de courant continu qui actionne des moteurs électriques installés dans les roues motrices du camion.

Équipement type de certaines mines à ciel ouvert au Canada Mine

Chargement du minerai

Adams ON

6 pelles P&H 1600

Cyprus Anvil BC

1 pelle L800 10v3 1 pelle P&H 2100 12 v3

Kidd Creek ON Lac d'Amiante QC

2 pelles Terex 10 v 3 1 pelle Marion 4 v 3 2 pelles P&H 4,5 v 3


Chargement du stérile

Transport du minerai

Transport du stérile

même

6 camions Euclid 75t 9 camions Euclid 65t 1 camion Wabco 50t

même

1 camion Marion 15 v3 1 camions P&H Même Même + 1 Cat 992B 10 v 3 1 pelle P&H 11v 3

Autres

1 bulldozer Cat D9 3 Terex 8250 1 bulldozer Cat 824 2 Michigan 280 1 niveleuse Cat 1 niveleuse Champion 6 camions 17 camions 1 camion utilitaire Wabco 120t Wadco 3 bulldozers Cat D8 ou D9 120t 1 bulldozer Cat 824B 8 camions 3 niveleuses Cat Euclid 170t 3 camions-citernes 5 camions Euclid 50t Même 1 bulldozer Cat D8 1 niveleuse Wabco 550 2 camions 16 camions 6 bulldozers Cat D8K Sicard 50t Sicard 50t 824B + 824C 6 camions 2 niveleuses Cat Sicard 95t 1 camion Marion 2,5 v3 1 Cat 923B 10 v 3

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6B.3.3.2 Les décapeuses scrapers La décapeuse (fig. 6B.3.3.2) est un engin remorqué qui permet à la fois l'excavation, le chargement, le transport et le déversement de matériaux de consistance moyenne tels que du sable, de la terre, de l'argile ou des roches désagrégées. Si les matériaux sont trop durs, il est courant de les désagréger avec un scarificateur avant d'utiliser le décapeur. Cet équipement est constitué d'une benne sur pneus, munie dans sa partie inférieure d'une lame racleuse dans le sens de la marche avant, qui agit à la manière d'un rabot. La benne peut se lever et se baisser. Le décapeur est muni d'un tablier pour obstruer la benne et d'un éjecteur mobile pour la vidange de la benne. Souvent cet équipement est utilisé avec une unité de service (pousseur) qui le pousse par l'arrière lors du chargement de manière à accélérer cette étape. Cette unité de service peut être montée sur pneus, ou sur chenilles. Dans de nombreux cas, on utilise des bulldozers. Selon les modèles, les capacités 3 des bennes varient de 15 à 42 m ; les vitesses de déplacement des tracteurs varient entre 50 et 70 km/h.

6B.3.3.3 Transport par convoyeurs Le convoyage du tout-venant d'exploitation en fosse peut se faire à l'aide d'un convoyeur à courroie (transporteur à bande, transporteur à courroie, bande transporteuse). L'appareil consiste essentiellement en une bande sans fin tendue entre des tambours cylindriques. Cette bande se déplace longitudinalement sur un ensemble de rouleaux porteurs qui ont suffisamment de résistance longitudinale et transversale pour supporter une charge et la transporter. Les courroies (bandes sans fin) sont caoutchoutées et comportent des armatures soit de fibres naturelles, soit de fibres synthétiques, soit de fibres métalliques. Leur nombre est en proportion directe avec les tensions qui sont induites dans la bande par les moteurs qui entraînent les tambours. La capacité de transport d'un convoyeur est fixée par la largeur et la vitesse de déplacement de la courroie. Toutefois, la largeur de la courroie n'est pas indépendante des dimensions des plus gros fragments


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de roche à transporter. De plus, la vitesse de déplacement de la courroie, que l'on veut la plus grande possible de manière à épargner sur l'armature de la courroie, doit demeurer inférieure à certaines limites. Le degré de fragmentation du rocher lors des sautages en banc dans les fosses est tel que si l'on envisage d'utiliser un convoyeur pour transporter les produits d'abattage, il faudra utiliser un concasseur mobile au fond de la fosse pour diminuer la grosseur des fragments. Un tel concasseur est alimenté par les chargeurs frontaux ou les camions et le produit obtenu à la sortie du concasseur est généralement constitué de matériaux ayant une granulométrie passant à 100% le tamis de 20 cm (8 po). Dans certaines fosse, la granulométrie pourra aller jusqu'à 100% passant le tamis de 45 cm (18 po). Ce produit alimente un convoyeur dont la bande a le plus souvent une largeur de l'ordre de 100 cm (42 po); parfois, la largeur pourra atteindre 2m75 (108 po). La vitesse de déplacement de la courroie est de l'ordre de 2.5-3 m/sec (500 à 600 pi /min) mais dans certains cas, elle pourra atteindre des vitesses allant jusqu'à 6 m/sec (1200 pi/min). Aux vitesses normales, la courroie pourra transporter environ 1200 tonnes à l'heure ( 10000 tonnes à l'heure pour les courroies plus larges et se déplaçant plus rapidement). L'inconvénient majeur relié au convoyage pour sortir les matériaux hors des fosses est l'angle de tenue du matériau sur les courroies qui nous oblige à s'en tenir à des angles de montée inférieurs à 22 degrés. Le premier système de concasseur/convoyeur a été utilisé en Allemagne en 1956. Depuis, ce système gagne progressivement sur le transport par camion. On prévoit que cette tendance continuera et ira même en s'accentuant. La recherche et le développement qui se font dans ce domaine présentement ont pour objectif d'augmenter les angles de remontée. On voit maintenant apparaître des convoyeurs sandwich constitués d'une bande porteuse et d'une courroie de couverture qui pourront atteindre des angles de remontée de l'ordre de 60 degrés. 6B.3.3.4 Les trains Les conditions idéales d'utilisation de trains seraient les cas d'opérations où la fosse est grande, peu profonde, que les distances de transport sont longues (plus de 5 km) et que les volumes à transporter sont importants. Il faut avoir à l'esprit qu'avec une pente de 3%, pour descendre de 90 m, il faut une longueur de voie de l'ordre de 3 km. Les voies ferrées doivent être installées dans des endroits où il ne se fera pas de travaux, de manière à éviter les déplacements trop fréquents. 6B.3.3.5 Les pipelines (ductage, transport hydraulique) Un pipeline est une conduite servant au transport de substances solides (en suspension) ou de liquides en vrac. Dans les cas de transport de solides, les particules sont maintenues en suspension dans un fluide porteur (le plus souvent de l'eau) soit par agitation moléculaire (particules fines), soit par turbulence. On peut transporter ainsi des particules ayant jusqu'à quelques centimètres de diamètre. La substance résultant de la suspension du solide dans le liquide est appelée une pulpe. Les pulpes sont refoulées dans les pipelines à l'aide de pompes. Ces pulpes montrent en général une concentration en solide de l'ordre de 35%. Le débit d'un pipeline dépend du diamètre de la conduite qui peut varier de 5 à 120 cm (2 à 48 po). L'épaisseur des parois dépend de la pression (hauteur de charge) produite par les pompes. Dans les cas de suspensions produites par turbulence, la vitesse de transport doit demeurer au-dessus d'une vitesse critique pour éviter la sédimentation. En général, les vitesses utilisées varient de 2 à 4.5 m/seconde (7-15 pi). Le transport en conduite des matériaux en vrac dans les mines n'est pas nouveau. Ce mode de transport a été utilisé dans les mines d'or lors de la ruée vers l'or en Californie vers 1890. De nos jours, dans les cas de concentration de minerais par procédé humide, le ductage est le seul moyen utilisé pour le transport des minerais dans ces usines de traitement. L'utilisation de ce type de transport commence à partir de la décharge des broyeurs et continue jusqu'aux étangs d'entreposage des déchets. Dans les cas de procédés de concentration à sec (fibres d'amiante), le fluide porteur est de l'air et on parle alors de ductage pneumatique.


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Depuis déjà une décennie, le transport hydraulique de concentrés sur de grandes distances (350 km par exemple) fait concurrence au transport ferroviaire. De plus, le transport hydraulique offre de nouvelles perspectives dans le domaine des transports maritimes. En effet, le système MARCONAFLO, déjà en usage à certains endroits, permet de charger et de vidanger les navires minéraliers en manutentionnant les matériaux sous forme de pulpes. Les coûts des installations portuaires s'en trouvent alors grandement modifiés. Un autre aspect du transport par pipeline est appelé à se développer dans l'avenir: l'encapsulation. Cette version du ductage (déjà utilisée dans certains édifices pour transporter des messages) consiste à placer le matériau dans des capsules d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la conduite et à les introduire dans cette dernière pour les transporter. Dans ce type d'utilisation, le diamètre des particules peut être beaucoup plus grand que dans les cas de ductage conventionnel et de plus, les particules ne viennent pas en contact avec le fluide transporteur. Cependant, pour le réaliser, il faut prévoir des installations de chargement et de déchargement des capsules de même que des dispositifs permettant les entrées et les sorties des capsules dans les conduites. 6B.3.4 Les équipements de nivellement

6B.3.4.1 Les bulldozers Le bulldozer est un engin d'excavation et de refoulement qui se compose d'un tracteur soit sur chenilles (fig. 6B.3.4.1a) soit sur deux essieux à pneus avec un châssis rigide ou articulé et muni d'une lame horizontale perpendiculaire à l'axe du tracteur. La lame est fixée au châssis de manière à pouvoir monter et descendre dans le plan vertical. Cette lame peut être orientable ou non par rapport à cet axe. Le bulldozer est un engin polyvalent permettant de nombreux travaux tels que: le défrichage, le déssouchage le refoulement de terres ou de roches désagrégées l'exécution d'un profil des excavations en ligne droite de l'étalement en couche et un compactage superficiel la mise et la reprise de tas le remorquage et la poussée de véhicules. • • • • • • •

6B.3.4.2 Les niveleuses (grader ) Les niveleuses comportent un châssis sur quatre ou six roues à pneus, au centre duquel une lame peut: • • •

•

•

être descendue et relevée être déplacée latéralement pivoter de 180 degrés dans le plan horizontal de chaque côté de l'axe longitudinal du châssis (orientation) pivoter de 0 à 90 degrés dans le plan vertical de chaque côté de l'axe longitudinal du châssis (pente) pivoter dans un certain secteur autour de son propre axe longitudinal (inclinaison).

La niveleuse est principalement utilisée pour le débroussaillage, le nivellement et l'entretien de routes.


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6B.3.5 Les équipements auxiliaires

6B.3.5.1 Les masses tombantes ou drop-balls Les masses tombantes ou drop-balls (fig. 6B.3.5.1) sont des équipements auxiliaires de pelles mécaniques à bennes preneuses dont on a remplacé la benne par une masse en forme de poire composée d'un acier spécial ou de fonte. Cet équipement est utilisé principalement pour briser les gros blocs de rocher. Il opère en laissant tomber la masse du plus haut point possible sur le matériau à désagréger. 6B.3.5.2 Les arroseurs de route Ces équipements sont utilisés l'été pour arroser les routes avec de l'eau, à laquelle on peut ou non ajouter des produits chimiques, pour rabattre la poussière. Ces mêmes équipements pourront être utilisés, avec les modifications nécessaires, pour épandre des scories sur les routes durant l'hiver pour éviter qu'elles ne soient glissantes. Souvent ces équipements sont des équipements modifiés (ex. camions) par la compagnie même, pour remplir des objectifs précis.

6B.3.5.3 Les scarificateurs Le scarificateur (fig. 6B.3.5.3) est une sorte de soc, solidement fixé à l'arrière du bulldozer, qui sert à désagréger les sols compacts et les roches semi-dures par une action de labour. Le bulldozer peut porter un ou plusieurs scarificateurs dont les mouvements de montée et de descente sont commandés par vérins hydrauliques. Le scarificateur est utilisé pour procéder à une désagrégation mécanique en surface qui permet d'excaver des terrains que la lame d'un bulldozer ne pourrait pas attaquer sans faire intervenir des moyens plus lents tels que les explosifs. Pour juger si on peut utiliser un scarificateur, on se sert d'abaques ou de tables en fonction de la nature du terrain. Cette dernière est quantifiée à partir de mesures faites à l'aide d'un séismographe à réfraction qui permet d'étudier les vitesses de propagation d'ondes sonores dans les sols et d'en déduire les possibilités de scarification. Dans certaines applications, on utilisera même un autre bulldozer comme pousseur pour augmenter la capacité de scarification du premier. 6B.3.5.4 Les compacteurs Les compacteurs sont des appareils utilisés pour augmenter la densité relative de matériaux meubles. En effet, la densité des matériaux meubles utilisés en tant que matériaux de construction peut être augmentée par le processus de compactage. De ce fait, la résistance mécanique de ces matériaux est améliorée et leur compressibilité est diminuée. Il en résulte des ouvrages plus stables qui subissent moins de tassement. Le compactage serait utilisé, par exemple, pour augmenter la densité d'un concassé servant d'infrastructure pour une route ou d'un sable utilisé dans l'érection d'une digue pour un étang de rétention de déchets miniers.


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Le compactage se réalise «à grande échelle» à l'aide d'engins (fig. 6B.3.5.4a) appelés compacteurs qui appliquent, en cours de déplacement, une charge statique en tous points du matériau meuble. Pour le compactage, le matériau est répandu en couches successives, aussi horizontales que possible et d'épaisseur de l'ordre 10 à 45 cm. Chaque couche est compactée individuellement avant de procéder à un autre épandage.


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Chapitre 6 Exploitation à Ciel Ouvert

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