Chapitre 1 : CHOIX DU MODE D’EXPLOITATION 1 Généralités Un gisement étant mis en évidence, la décision de l’exploiter à ciel ouvert ou en souterrain est dictée principalement par le coût de revient de l’unité de volume du minerai marchand et des questions environnementales. Le coût de revient de l’unité de volume du minerai marchand dépend de plusieurs paramètres dont : - le type de gisement - la géométrie et l’angle de pendage du gisement - la profondeur du gisement - la situation géographique du gisement - le cours des éléments valorisables
2. Analyse des coûts 2.1 Exploitation à Ciel ouvert Hormis les frais généraux, le prix de revient d’une tonne de minerai lors de l’exploitation à ciel ouvert comprend deux types de dépenses : - les dépenses liées directement à l’excavation et au transport d’une tonne de minerai (soit Cm) - les dépenses liées à l’excavation et transport des stériles (Cs). Ainsi le coût total de revient de production d’une tonne de minerai s’écrit : Pco
= Cm + Cs = Cm + cs . K (F/t) Où: Cm: coût d’excavation et de transport d’une tonne de minerai marchand; Cs : coût d’excavation et de transport ‘une tonne de stérile (F/t) K : rapport de découverture : rapport du volume (masse) des stériles au volume (masse) du minerai extrait durant une période donnée. Remarque : de la formule : Pco = Cm + cs.K, on peut conclure que Pco augmente lorsque K augmente. Pco est donc fonction de l’importance des roches de recouvrement (de la profondeur) 2.2 Exploitation souterraine Le coût de revient d’une tonne de minerai en souterrain apparaît peu lié au taux de recouvrement K. Pour une méthode donnée, on suppose constant le coût de revient de l’extraction d’une tonne de minerai en souterrain. Ps = C = constante
Représentation graphique
Tl
Figure 1 : représentation graphique des coûts des modes d’exploitation Remarques - les dépenses Cm seules sont généralement largement inférieures à Cs. C’est pourquoi, lorsque K est faible, l’exploitation à ciel ouvert est plus économique que l’exploitation souterraine. - Lorsque K devient grand, Pco devient supérieur à Ps et le choix de l’exploitation souterraine s’impose. 2.3 Choix du mode d’exploitation Economiquement les deux modes d’exploitation sont équivalents à un moment où le taux de recouvrement prend une valeur Tl. On a :
Pco = Ps
↔ Cm + cs. Tl = Ps Tl = (Ps – Cm)/cs
Tl est appelé taux de recouvrement limite.
● Cas des gisements horizontaux
Figure2 : Taux de découverture d’une couche horizontale ● Cas des gisements inclinés et dressant
Figure 3 : taux de découverture d’un gisement incliné Remarques • On opte pour l’exploitation à ciel ouvert pour un gisement plat ou légèrement incliné lorsque le Tl est supérieur ou égal au taux de recouvrement moyen • La profondeur à laquelle Kc = Tl est appelée profondeur limite de l’exploitation à ciel ouvert. Dans la pratique, on trouve des gisements exploités à l’aide des travaux ouverts et souterrains respectivement dans leur partie supérieure et inférieure. NB : Il est souvent rationnel de poursuivre les travaux d’exploitation à ciel ouvert au-delà de la profondeur limite parce que ce mode par rapport au souterrain offre : - la possibilité de réduire les pertes quantitatives et qualitatives de minerai - une plus grande sécurité des travaux - des conditions d’hygiène et de santé meilleures - une productivité élevée.
Notions sur les affaissements du sol. L’exploitation des ressources minérales conduit à la formation des vides (cavités) dans le sous-sol. Lorsque les travaux miniers (d’exploitation) atteignent certaines proportions, leurs effets se répercutent tôt ou tard à la surface. Il s’ensuit des mouvements des terrains qui provoquent l’affaissement de la surface sous forme de cuvette et même dans certains cas son effondrement. L’affaissement d’un point de la surface dépend : - de sa position par rapport aux travaux d’exploitation (voir figure) - de la puissance du gîte exploité - des propriétés physiques et mécaniques des terrains - de la méthode d’exploitation
Figure 5 : Affaissement des terrains 1 : surface avant exploitation 2 : surface après exploitation 3 : zone d’influence 4 : limite de la zone d’affaissement abc : cuvette d’affaissement Conséquence : les constructions se trouvant dans les limites d’une cuvette d’affaissement peuvent être déformées et même détruites.
Chapitre 2 : INTRODUCTION A L’EXPLOITATION SOUTERRAINE 1. Définitions L’ensemble des opérations qui assurent l’abattage et l’évacuation du minerai ainsi que tous les services annexes d’une mine est appelée exploitation. Au sens technique, la mine est l’exploitation souterraine des substances minérales. Au sens administratif, la mine est l’exploitation des substances (minerai métalliques, combustibles minéraux).
2. Principales étapes d’une exploitation souterraine L’exploitation souterraine d’un gisement comprend principales : 1- Ouverture du gisement (Développement)
trois
(3)
étapes
Les travaux de développement d’une mine consistent à creuser les ouvrages qui composent l’ossature de la mine. L’ossature est l’ensemble des ouvrages principaux qui permettent d’accéder aux différentes parties du gisement. Les principales composantes sont : - l’entrée principale - les ouvrages secondaires 2- Préparation des chantiers d’abattage La préparation consiste à la réalisation de l’ensemble des travaux de pénétration et de réalisation du découpage du gisement pour en permettre l’exploitation. Cette étape constitue une poursuite des travaux de développement. 3- « Dépilage » ou production du minerai Le dépilage est la principale phase de l’exploitation. Il comprend l’abattage et l’enlèvement de la plus grande partie du minerai ainsi que le maintien des vides créés. NB : -
On appelle méthode d’exploitation, l’ordre établi de la réalisation des travaux préparatoires et de dépilage dans les conditions naturelles d’un gisement donné.
Chapitre 3 : OUVERTURE DES GISEMENTS 1. Définition C’est le complexe des ouvrages miniers qui permettent d’accéder au gisement à partir du jour.
2. Exigences L’ouverture d’une mine doit obligatoirement assurer : - l’entrée d’air - la sortie d’air - voies de transport du personnel, du minerai, des stériles et des matériels.
3. Exemples de représentations graphiques d’une ouverture ● Cas d’une couche horizontale
Figure 4 : schéma d’aérage 1 : puits d’entrée d’air 2 : puits de sortie d’air 3 : front de taille 4 : galerie d’entrée d’air 5 : galerie de sortie d’air 6 : porte d’aérage Entrée d’air frais Sortie d’air pollué Evacuation du produit extrait. Remarques Les ouvrages du complexe d’ouverture se divisent en deux groupes :
-
groupes des ouvrages principaux : ils ont une liaison directe avec le jour : ce sont les puits, les galeries au jour, les descenderies. Groupes des ouvrages secondaires : ils assurent la liaison entre le gisement ou le jour avec les ouvrages principaux : ce sont les traversbancs, les cheminées, les puits aveugles…
Remarque : ces ouvrages peuvent être disposés dans le gisement lui-même, au toit ou au mur du gisement et dans les roches de recouvrement.
6. Représentations graphiques des modes d’ouverture
Figure 6 : Ouverture par puits vertical et travers-banc de groupe 1 : puits d’extraction (puits principal) 2,3 : travers-bancs de groupes 4 : cheminée 5 : travers-banc d’étage 6 : galerie 7 : recoupe
Figure 7 : Ouverture par puits incliné 1 : puits incliné 2 : travers-banc d’étage 3 : galerie 4 : limite de la zone d’affaissement
Figure 8 : Ouverture par galerie au jour avec cheminée verticale 1 : galerie au jour 2 : cheminée verticale 3 : travers-banc d’étage 4 : galerie d’étage
5 : fouille de ventilation
a : par puits vertical débouchant au jour et puits vertical intérieur b : par puits vertical débouchant au jour et puits incliné intérieur 1 : puits vertical débouchant au jour 2 : puits vertical intérieur 3 : travers-banc d’étage 4 : puits incliné intérieur
Figure 9 : Ouverture combinée des gîtes a : par galerie au jour et puits intérieur b : par puits incliné débouchant au jour et puits vertical intérieur 1 : galerie au jour 2 : puits vertical intérieur 3 : travers-banc
4 : puits incliné débouchant au jour
7. Spécificités des modes d’ouverture 7.1 Ouverture par galerie au jour -Application : gisement des montagnes : 7.2 Ouverture par puits verticaux -Application : gisements plats, inclinés et dressants - NB : C’est le mode d’ouverture le plus répandu dans le monde entier 7.3 Ouverture par descenderies (puits inclinés). - Application : gisement de pendage compris entre 18 et 35°, mais peuvent être utilisés exceptionnellement dans d’autres conditions.
7.4 Ouverture combinée La partie supérieure du gisement est ouverte à l’aide d’un ouvrage principal et sa partie plus profonde à l’aide d’un autre ouvrage principal.
9. Choix d’un mode d’ouverture 9.1 Exigences du Choix d’un mode d’ouverture Pour un gisement donné, il existe en général plusieurs modes d’ouvertures possibles. Le mode d’ouverture rationnel doit assurer : - la sécurité des travaux - les frais d’exploitation minimum - le degré d’utilisation des réserves du gisement max - intensité nécessaire d’ouverture du gisement - commodité nécessaire avec la méthode d’exploitation acceptée. 9.2 Facteurs importants du Choix d’un mode d’ouverture Les facteurs ci-après déterminent le choix d’un mode d’ouverture : - la topographie et la nature du sol - la nature des terrains et du corps du minerai - les moyens de transport au fond et au jour - la production de la mine, la hauteur d’étage, la méthode d’exploitation - les facteurs économiques - les schémas d’aérage et d’exhaure. L’ouverture du gisement est étroitement liée au choix du type d’extraction, de transport, du schéma d’aérage et d’exhaure.
10. Choix de l’endroit de la disposition de l’ouvrage d’ouverture
Le choix de l’emplacement d’une excavation d’ouverture représente un problème technique et économique très compliqué lié étroitement au mode d’ouverture du gisement. L’emplacement doit correspondre au volume minimal pour le découpage du champ minier et aux frais minimums pour le transport de la totalité des ressources du gisement. Suivant la condition du coût minimal pour le transport de minerai, le puits d’extraction doit être installé sur une ligne divisant les ressources du champ minier en direction en deux parties égales. Lorsque les moyens (coûts) de transport ne sont pas les mêmes au fond et au jour, on introduit alors la notion de charge équivalente sur la direction du gisement et la division des charges en deux parties égales se fait de la même façon. La charge équivalente se détermine par le relation : Qe = Q.Qj/Qf (t) Avec : Q : charge transportée au jour Qj : coût de transport au jour (F/T.Km) Qf : coût de transport au fond (F/T.Km) Remarques : - lorsque la disposition de l’ouvrage d’extraction est périphérique, le coût de transport se double par rapport à sa position centrale. - Le choix de la disposition optimale des ouvrages d’ouverture tient compte aussi des considérations importantes pouvant amener à les déplacer. En effet la position de ces ouvrages doit : - assurer une liaison commode avec le réseau ferroviaire ou les voies routières. Un emplacement libre et suffisant pour les installations du carreau, du stock du minerai et éventuellement du terril. - Tenir compte de la topographie et de la nature des sols qui permettent d’avoir un carreau sain sans travaux de terrassement coûteux. - Une nature géologique des terrains favorables aux fonçages des puits ou au creusement des galeries à flanc de coteau (éviter de disposer les ouvrages d’ouverture dans les roches très dures ainsi que dans les terrains instables) - Une position réduisant au minimum les piliers de protection ou même les supprimant - Un aérage suffisant - Une bonne position par rapport aux sources des remblais et notamment des carrières (lorsqu’on utilise la méthode d’exploitation par chambre remblayée) 10.1 Disposition de l’ouvrage d’ouverture selon CHEVIAKOV L.D L’académicien Cheviakov L D démontre que l’endroit de la disposition de l’ouvrage d’ouverture principal d’une mine en fonction du transport au fond choisie doit correspondre au point où la somme des dépenses liées à l’entretien des excavations, à l’aérage, au déplacement du personnel et au transport des charges soit la plus petite. Cette exigence se traduit par les équations suivantes : ∑Tg + ∑Tn > ∑Td ∑Td +∑Tn >∑Tg
∑Tg = ∑Td Où : ∑Tn : charge concentrée : transport de l’ouvrage d’ouverture à l’usine d’enrichissement. ∑Tg : transport des charges dispoées à gauche du puits ∑Td : // // // à droite du puits. ● Cas des Gisements horizontaux ayant de puissance (m) et masse volumique (γ) constantes : L’endroit de la disposition de l’ouvrage d’ouverture en fonction de l’exigence du transport peut être trouvé à l’aide des tracés géométriques.
Figure 10 : Disposition de l’ouvrage principal pour les gîtes plats Pour les gisements horizontaux ayant de puissance et masse volumique constantes, les grandeurs des charges à transporter sont proportionnelles aux surfaces des corps du gisement. Ainsi pour les calculs de l’endroit de la disposition de l’ouvrage d’ouverture, on considère les surfaces au lieu des charges. On peut alors facilement déterminer à l’aide des tracés géométriques les coordonnées (x,y) du point où doit être disposé l’ouvrage d’ouverture par comparaison simple des surfaces situées à gauche et à droite du puits. Finalement, l’endroit de la disposition de l’ouvrage principal d’ouverture sera déterminé par la condition suivante : ∑Sg = ∑Sd Où : ∑Sg : somme des surfaces disposées à gauche du puits ∑Sd : somme // // à droite // //. Remarque : du fait que les valeurs des paramètres entrant dans le calcul ne sont qu’approximatives, on détermine le domaine des endroits optimums de
disposition de l’ouvrage d’ouverture au lieu du point de la disposition du puits. Dans ce domaine, la variation du coût de transport des charges n’est pas importante bien que les variations de l’endroit de disposition de l’ouvrage soient considérables. 10.2 Détermination de l’endroit de la disposition de l’ouvrage d’ouverture par la méthode analytique.
Figure 11 : Disposition de l’ouvrage principal d’ouverture L’endroit optimum de la disposition de l’ouvrage d’ouverture suivant la direction (point O sur la figure) doit satisfaire la condition suivante : Θ = ∫m γ h x1 dx1 Où :
+
∫m γ h x1 dx1
→
minimum
Θ : transport des charges suivant la direction m : puissance du gîte γ: masse volumique du minerai h : largeur du gîte en travers sa direction L : longueur du gîte en direction
Remarque : pour les gîtes de forme rectangulaire ayant m , γ et h constantes, Θ s’écrit comme suit : Θ = m γ h ∫x1 dx1 + m γ h ∫x1 dx1= m γ h (x2/2)x0 + m γ h (x2/2)l-x Θ = m γ h (x2- Lx + L2/2) L’endroit optimal de la disposition de l’ouvrage d’ouverture s’obtient donc de l’équation d Θ /dx = 0 ↔ 2x - l = 0 → x = L/2 D’où Θ = m γ hL2/4
NB : les valeurs de m, γ h, et L étant approximatives, la valeur de Θ est aussi approximative.
Application à la détermination de l’endroit de la disposition d’ouverture Déterminer la disposition optimale de l’ouvrage d’ouverture en fonction de la condition du coût de transport avec les données ci-après : - ouverture par galerie au jour - puissance moyenne du minerai : M = 1 m ; ∆m = ± 0.1 m - mase volumique du minerai : γ = 4T/m3 ∆ γ = ± 0.1T/m3 - longueur en direction : L = 600m ; ∆L = ±5 m - hauteur du corps minéralisé suivant le pendage : H = 100 m - hauteur d’étage hét = 50 m (nét = 2) - longueur d’un bloc : Lbl = 60 m (nBl = 10) - usine d’enrichissement situé à 300 m à droite du gîte (voir figure) - coût de transport au jour = 40% du coût de transport au fonds.
Remarques : Deux variantes d’ouverture sont considérées comme équivalentes (après calculs) lorsque leurs dépenses ne se distinguent pas de plus de (10-15) %.
Chapitre 4 : PREPARATION DU CHAMP MINIER
2. Préparation du champ minier Le gisement ou une partie du gisement délimité en longueur (en direction), en largeur et en profondeur pour l’exploitation s’appelle champ minier. La préparation du champ minier consiste au creusement des excavations minières le divisant en parties pour leur dépilage. Les excavations minières servent au transport du minerai, des stériles, des matériels et permettent la circulation du personnel et de l’air. Elles assurent en outre le coupage du bloc, le traçage du quartier ou les traçages d’exploitation. Les gisements plats (horizontaux) sont divisés en panneaux et piliers, ceux qui sont inclinés et dressant sont divisés en étages. En fonction des conditions minières et techniques, les excavations préparatoires peuvent être horizontales, verticales ou inclinées et sont creusées au minerai ou aux stériles. Les ouvrages de préparation peuvent être des galeries, des recoupes, des cheminés…
Figure 12 : Division d’un champ minier en panneaux 1 : puits principal 2 : puits auxiliaire 3 : galerie de panneau 4 : galerie principale I, II, III : panneaux
Figure 13 : Division d’un champ minier en étages 1 : galerie d’étage
3. Caractéristiques de la préparation d’un champ minier La préparation d’un champ minier au dépilage est caractérisée par : - le mode de préparation c’à d les types, le nombre, les dimensions et le schéma de la disposition des excavations préparatoires, - la caution (garantie) des réserves préparées - le volume des travaux préparatoire (longueur des ouvrages préparatoires/réserves préparées) - remboursement des ressources et prospection des réserves au cours des travaux de préparation
4. Exigences liées à un schéma de préparation Un schéma de préparation doit obligatoirement : - Garantir la sécurité des travaux de chargement et de transport du minerai, - Assurer un aérage convenable des excavations de dépilage - Assurer la possibilité de l’isolement du chantier lors de l’exploitation des minerais auto inflammables, - Caution de la production de la mine Il doit en outre éventuellement : - assurer la possibilité de la mise en œuvre des nouveaux moyens de mécanisation des travaux - volume et coût minimums de creusement et d’entretien des excavations préparatoires En général, c’est la méthode d’exploitation qui exerce l’influence décisive sur le choix du schéma de préparation mais en parallèle on tient toujours compte du schéma d’aérage et de l’organisation du transport.
6. Schémas de préparation répandus Deux principaux schémas sont répandus : -préparation par galerie de roulage au mur avec des recoupes en cul de sac - Préparation par plusieurs galeries au minerai et aux stériles avec des recoupes, ce qui assure le roulage circulaire : ce schéma est en général plus coûteux mais présente beaucoup plus d’avantage du point de vue aérage et organisation de roulage. On l’applique dans les mines de grande production.
Figure 14 : Préparation du niveau de roulage dans des gîtes puissants 1 : galerie ; 2 : galerie au rocher ; 3 : recoupes
7. Avantages et inconvénients des dispositions des excavations de préparation par rapport au corps du minerai Il est recommandé de disposer les ouvrages de préparation au stérile lorsque : - la stabilité du minerai est insuffisante - il est nécessaire de réduire les pertes du minerai pour sa haute valeur ou son auto inflammation, - impossibilité d’organiser un aérage convenable du chantier de dépilage sans excavation aux stériles - on veut reconstruire une ancienne mine ou des chantiers épuisés. La disposition des excavations de préparation aux stériles assure les avantages suivants : - pertes minimums de minerai dans les piliers - aérage simple des excavations - sécurité d’exploitation des minerais auto inflammables - coûts d’entretien des excavations réduits - conditions de roulage favorables - conditions favorables de l’application de l’exploitation en chassant et en rabattant. Elle a par contre les inconvénients ci-après : - Le coût de creusement des excavations aux rochers est plus élevé le plus souvent, - Nécessité de creuser les travers-bancs vers le contour du minerai - Difficulté de drainage de l’étage, - Mise en marche lente de la production. Remarques - dans le cas de la préparation aux stériles, il est très important de déterminer la distance entre la galerie au rocher et le corps de minerai - lorsque plusieurs variantes de schémas de disposition des excavations préparatoires restent applicables après sélection en fonction des facteurs techniques, on procède à leur comparaison économique en tenant compte essentiellement : . Du coût de creusement et d’entretien des excavations préparatoires . Du coût de transport du minerai jusqu’au travers-banc principal . Du remboursement des ressources par suite de la production incidente du minerai
9. ordre de prise des étages Il y’a deux ordres : en descendant ou en montant En descendant (du haut vers le bas) C’est l’ordre d’épuisement des étages le plus utilisé. Il offre les avantages suivants : - Volume réduit des investissements pour l’ouverture du gisement - possibilité d’utiliser le foudroyage (méthodes plus économiques) - possibilité de développer les travaux de dépilage dans un délai court
Inconvénients - Impossibilité de faire une prospection détaillée et de faire un asséchage préalable. - Augmentation de la pression des terrains En montant (bas → haut) Dans les cas particuliers ou les terrains renferment de l’eau (fleuve souterrain, nappes aquifères), il est nécessaire de drainer en vue de rendre l’exploitation plus sécuritaire, plus facile. On utilise dans ce cas l’ordre d’épuisement des étages montant. Avantages - possibilité de faire un asséchage au préalable - diminution de pression de terrain Inconvénients - grand investissement pour l’entretien des ouvrages d’ouverture - impossibilité d’utiliser le foudroyage
10. Ordre d’exploitation dans un étage La direction d’épuisement dans un étage dépend des conditions techniques et minières, de la méthode d’exploitation, du délai de début d’exploitation de l’étage. On distingue quatre variantes : en chassant, en rabattant, combinée et l’exploitation simultanée sur toute la longueur de l’étage. ● En chassant : + économique – de sécurité
Figure 16 : ordre de prise des blocs en chassant Conditions d’application de l’ordre de prise des blocs en chassant - gisement de grande étendue - tenue du minerai et des roches encaissantes bonnes - disposition périphérique des puits auxiliaires - préparation au roche ● En rabattant : moins économique plus de sécurité
Figure 17 : ordre de prise des blocs en rabattant Conditions d’application de l’ordre de prise des blocs en rabattant - gisement de faible étendue - minerai et roches encaissantes instables - disposition côte à côte du puits principal et du puits auxiliaire
11. Direction d’exploitation dans un bloc Il y’a trois variantes comme indiquées sur la figure ci-dessous : en direction (1) ; en montant (2) et en descendant (3).
Figure 18 : Direction d’exploitation dans un bloc 12.2 Facteurs qui influencent le choix des dimensions du champ minier -
mode d’ouverture du gisement hauteur d’étage ou largeur du panneau grandeur du projet de la mine grandeur des investissements pour l’ouverture et la construction des bâtiments et des installations au jour coût de creusement des excavations de roulage de l’étage ou du panneau frais d’exploitation pour l’entretien des excavations d’ouverture, de préparation, de roulage, de levage, d’exhaure…
-
grandeur du gisement : une ou plusieurs mines. Dans ce dernier cas, la détermination des dimensions du champ minier de chaque mine se fait sur des bases économiques (les frais d’exploitation d’une tonne ainsi que les investissements doivent avoir une valeur minimale).
13. choix de la hauteur d’étage Facteurs qui influent sur le choix de la hauteur d’étage - propriétés du minerai et des roches encaissantes - dimensions, pendage et degré de prospection du gisement - méthode d’exploitation acceptée - durée nécessaire pour l’ouverture, la préparation et l’épuisement de l’étage - coût de creusement et d’entretien des ouvrages de recette, des traversbancs et des excavations d’étage de roulage. - Coût de levage et d’exhaure - Variation du coût des travaux de dépilage en fonction de l’augmentation de la hauteur d’étage Choix de la hauteur d’étage en fonction de la production de la mine et de l’avancement des travaux de dépilage en direction ● Cas des gisements en couche Hé = A Sin α (1-d)/n1.L. m.γ.K (m) Où : A est la production annuelle de la mine (T/an) Α : angle de pendage de la couche (degrés) d : coefficient de salissage du minerai m : nombre d’ailes dans un étage en exploitation L : avancement annuel des travaux de dépilage en direction dans une aile (m/an) m : puissance de la couche γ : masse volumique du minerai K : coefficient d’épuisement
Chapitre 5 : DEPILAGE 1. Notions Après les travaux d’ouverture et de préparation, on passe à l’exploitation proprement dite ou dépilage. Quelque soit la méthode d’exploitation utilisée, le dépilage comprend nécessairement les opérations suivantes : - Abattage du minerai : arrachement du minerai de son massif et sa réduction en petits morceaux susceptibles d’être chargés et transportés. - Déblocage et chargement du minerai (évacuation du minerai de la chambre d’abattage vers les points de chargement de grand roulage) - Traitement des vides créés par l’exploitation : maintien à l’aide des moyens différents l’espace de travail au cours de l’exploitation. Remarque : dans le cas ou l’abattage a lieu à l’aide des explosifs, le cycle de dépilage comprend après l’abattage, le débitage secondaire. Nb : le coût de dépilage constitue 25 à 60% du coût de production de la tonne du minerai en fonction de la méthode d’exploitation utilisée.
2. Abattage On distingue plusieurs techniques d’abatages dont les plus utilisées de nos jours sont l’abattage mécanique et l’abattage à l’explosif. Dans les mines métalliques, malgré les progrès accomplis par la mécanique, l’abattage à l’explosif reste encore la technique la plus utilisée. On distingue plusieurs techniques d’abatage à l’explosif: - l’abattage par trous de mine - l’abattage par trous profonds - abattage par charge superficielle - abattage par tir poché - l’abattage par fourneaux de mine (rarement) 2.1 Trous de mines 2.1.1 Application - gisements de faible ou moyenne puissance - gîtes irréguliers - exploitation avec boisage 2.1.2 Disposition Les trous de mine peuvent être horizontaux, verticaux ou inclinés. Ils sont percés parallèlement ou en éventail 2.1.3 Avantages - Excellente fragmentation du minerai (rendement en gros blocs : 0 à 10%) - Réduction des pertes et dilutions du minerai - Faible effet sismique 2.1.4 Inconvénients - Rendement faible de forage - Consommation d’explosifs élevée -Important dégagement de poussière
2.1.5 Caractéristiques - longueur : 1.5 à 2.5 m généralement, rarement elle atteint 3-4 mètres. - diamètre : 30 à 50 mm - écart diamètre cartouche/diamètre du trou : 6 à 8 mm 2.2 Trous profonds 2.2.1 Application Gisements de puissance moyenne ou puissants. 2.2.2 Dispositions Ils peuvent être disposés parallèlement ou en éventail. Les tranches à abattre peuvent être horizontales, verticales ou inclinées. Remarque Le choix de l’une des deux dispositions se fait sur la base d’une comparaison économique. Disposition parallèle : - Important volume de creusement des ouvrages de foration ; - Longueur réduite des trous à forer. Disposition en éventail : - Réduction de volume des ouvrages de foration ; - Augmentation de la longueur totale des trous à forer (de 1.7 à 2 fois plus que les trous parallèles). La disposition des trous en éventail est la plus répandue.
Figure 25 : Disposition des trous profonds 2.2.3 Avantages - rendement de forage par mineur élevé - faible consommation d’explosifs - meilleur condition de sécurité pour les foreurs. 2.2.4 Inconvénients - pertes et dilution du minerai élevée - déformation des ouvrages (grand effet sismique) - rendement en gros blocs élevé (10 à 40 %) 2.2.5 Caractéristiques - diamètre : 40 à 200 mm - profondeur : 5 à 50 m et même plus
- les diamètres de moins de 100 mm sont utilisé pour l’abattage des gisements de faible et moyenne puissance et lorsqu’on souhaite assurer les limites exactes des contours abattus. les trous de 100 à 150 mm (et plus) sont utilisés pour le foudroyage des grandes masses (blocs foudroyés par ex) ou pour l’abattage des minerais extrêmement durs ou ceux fissurés.
Chapitre 6 : Description de quelques méthodes d'exploitation souterraines A. METHODE D'EXPLOTATION PAR CHAMBRE ET PILIERS 1.1. Description C'est une méthode d'exploitation ou seulement une partie de minerai est extraite; le reste étant laissé sur place sous forme des piliers régulièrement disposés pour supporter le toit. Les piliers peuvent être abandonnés indéfiniment ou récupérés partiellement (récupération des moitiés des longs piliers, récupération de certains piliers en abandonnant d'autres, par remplacement des piliers de minerai par d'autres artificiels comme des piles en bois, des colonnes en béton … Les dimensions des chambres et celles des piliers ainsi que la distance qui les sépare dépendent de la stabilité du minerai (surtout sa résistance à la compression) de celle du toit, de la puissance du gisement et de l'importance des pressions. Pour compenser la mauvaise tenue du minerai et des épontes, on augmente la dimension des piliers et on réduit celle des chambres. Mais cela a pour inconvénient de réduire le taux de récupération du minerai. 1.2. Conditions d'application -
gisements sédimentaires horizontaux (plats) et peu inclinés (ne dépassant pas les 30-35° - Puissance allant de 2 à 30 mètres et rarement plus (modérée) - Bonne stabilité du minerai et des roches du toit. - Gisement à faible teneur du minerai ou à faible valeur marchande (charbon, chaux, sel, potasse, ardoise, cuprifère…) - La profondeur limite d'application des chambres et piliers dépend de la nature du minerai (surtout sa résistance à la compression). En général, elle ne dépasse pas les 700-800 mètres. NB: cette méthode est la plus appliquée pour le dépilage des gisements plats et minces. 1.3. Préparation ● Aux rochers - une galerie principale aux roches - des galeries de panneau aux roches - des galeries de panneau au minerai - des cheminées qui relient les galeries aux roches et celles au minerai.
1 : puits principal ; 2 : puits auxiliaire ; 3 : galerie principale au rocher ; 4 : galerie de panneau au rocher ; 5 : cheminée ; 6 : galerie de panneau au minerai Figure 31 : chambres et piliers : Préparation aux rochers ● Au minerai
Figure 32 : chambres et piliers : Préparation au minerai
2. Dépilage ● Cas des gisements plats Dans les gisements plats et minces, l'abattage est assuré à l'aide des trous de mine horizontaux. Dans les gisements épais, l'abattage commence en général à partir du toit. On réalise une première coupure supérieure. L'abattage est ensuite assuré à l'aide des trous verticaux ou horizontaux. On procède au dépilage par tranches horizontales successives à partir du haut. Au fur et à mesure que la coupure supérieure progresse, le toit est supporté en général par des boulons ou d'étais de bois. L'exploitation d'un panneau se fait en rabattant ou en chassant. L'utilisation des trous horizontaux nécessite la création d'une coupure verticale. Le dépilage dans les gisements plats favorise l'utilisation des équipements mécanisés. Le chargement est assuré à l'aide des équipements sur pneus ou sur chenille; le transport par des camions navettes ou des chargeuses transporteuses. Le nettoyage de la chambre est assuré par des bulldozers. ● Cas des gisements inclinés Le minerai est foré par mines horizontales à l'aide des béquilles pneumatiques. L'évacuation du minerai est assurée à l'aide des racleurs. Cette méthode prête moins à la mécanisation.
3. Avantages -
la multiplicité des fronts d'attaque (large front) permet d'assurer une grande productivité. Facile communication entre les chambres aussi bien pour le personnel que pour le matériel. Coût de revient relativement bas. Volume spécifique des travaux préparatoires peu important Méthode simple. Possibilité d'utilisation des matériels automoteurs (dans le dépilage des gisements plats et puissants) de grande puissance ce qui permet d'obtenir des rendements de travail élevés. Faible ou nulle influence des travaux miniers sur la surface du sol. Absence ou emploi restreint du soutènement. Facilité d'adaptation aux caractères variables d'un gisement.
4. Inconvénients -
grande perte de minerai (10 à 60%): dans certains cas, la récupération des piliers n'est possible qu'à la fin de la vie de la mine et qu'en partie; dans d'autres, elle est impossible. difficulté d'aérage de la chambre. danger de travail sous le toit à nu surtout lors du dépilage des couches puissantes. L'application de cette méthode aux gisements inclinés est difficile et prête moins à la mécanisation (faible rendement). Les dimensions des chambres et des piliers dépendent de la compétence du minerai, et du toit.
5. Sécurité -
Les diamètres des piliers et la distance qui les sépare sont toujours pris avec beaucoup de réserves. Le diamètre des piliers doit être au moins deux fois plus grand que la ligne de moindre résistance des explosifs utilisés pour l'abatage du minerai à son voisinage.
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Nécessité du purgeage du toit avant la reprise des travaux (les ouvriers devant être sur les planchers des automoteurs). La circulation du personnel est organisée le long des piliers et du front d'attaque. Exécution des coupes du toit et des parois des ouvrages afin de déterminer des zones instables. Détermination périodique de l'état du toit et des piliers à l'aide des géophones Bon éclairage de la chambre.
6. Remarque -
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la largeur du panneau est d'autant plus grande que la puissance de la couche est faible le dépilage avec l'utilisation des équipements mécanisés s'applique aux couches de puissance supérieure ou égale à 5 m : pour les couches de 5 à 6 m, on utilise pour le transport des chargeuses transporteuses. Pour les puissances plus grande (>6 m), on utilise des camions-navettes et des excavateurs. La disposition des piliers peut être carrée ou rectangulaire. Les piliers sont ronds le plus souvent, carrés quelque fois et rectangulaires rarement. La mise à feu se fait par détonateur à microretard.
B. METHODE D'EXPLOITATION PAR CHEMINEES DETRUITES 1. Description Des cheminées préalablement creusées au cours des travaux préparatoires sont détruites au cours du dépilage.
2. Préparation -
réalisation d'un système d'entonnoirs régulièrement disposés à la base de la chambre creusement d'une galerie de roulage et d'une galerie de tête creusement des cheminées de foration
3. dépilage Le dépilage se réalise à partir des cheminées de foration élevée dans la chambre à exploiter. A partir de ces cheminées et à l'aide des machines de foration légères ou des marteaux perforateurs, des trous profonds en éventail sont forés. L'outillage de forage est installé sur une plate forme mobile déplaçable à l'aide d'un treuil électrique ou pneumatique. La progression des travaux est assurée par abattage d'une ou plusieurs tranches à la fois. Le minerai abattu tombe au fond de la chambre dans les entonnoirs d'où il est soutiré. 1. avantages C'est une méthode qui offre une parfaite sécurité 2. inconvénients Cette méthode prête moins à la mécanisation.
Figure 36 : cheminées détruites
C. TRAÇAGE ET SOUTIRAGE SOUS NIVEAUX ABATTUS PAR MINES LONGUES 1. Description C'est une variété des chambres vides ou le bloc est découpé en sous- niveaux. L'abattage se fait par des trous profonds parallèles ou en éventail selon les cas. Un sous-niveau est abattu par tranches successives verticales. Le minerai abattu est soutiré par la base du bloc. Pour éviter l'effondrement des épontes, les gisements de grande taille sont divisés en plusieurs chantiers séparés par des piliers (horizontaux ou verticaux) éventuellement récupérables après l'extraction de tout le minerai de la chambre.
2. Conditions d'application -
gisement à fort pendage (60 à 90°) minerai et épontes résistantes épontes régulières gisement de grande taille
3. Préparation -
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aménagement au bas du bloc de minerai, des points de soutirage multiples du type"entonnoir" ou bien du type "recoupe" et des galeries d'accès à ces dispositifs de soutirage. Sous-cavage du bloc : enlèvement d'une tranche de minerai sur toute l'étendue de la base du bloc. Creusement à une extrémité du bloc de deux montages en général parallèles sur toute la hauteur du bloc. L'un des montages est utilisé pour l'entrée d'air, la circulation du personnel, le transport des matériels et l'autre servira à l'évacuation du minerai qui proviendrait des excavations des sous-niveaux. Il arrive qu'on creuse un seul montage au lieu de deux, de dimension suffisante pour qu'il puisse être divisé en deux ou trois compartiments. Creusement à partir des montages et à des élévations régulières d'une ou deux galeries par sous-niveaux sur toute la longueur du bloc. Ces galeries sont destinées à loger les foreuses qui vont permettre de réaliser les trous profonds. Percement d'une cheminée de dégagement de bas en haut du bloc et disposée à l'extrémité opposé des montages précédents. Cette cheminée servira à l'amorce du dépilage du bloc.
4. Dépilage Le dépilage dans le bloc s'effectue de sous-niveau en sous-niveau en commençant par le bas et en progressant vers le haut. Mais souvent pour éviter de sous-caver les sousniveaux supérieurs, les sous-niveaux sont abattus suivant l'ordre descendant. Dans certains cas, l'ensemble des sous-niveaux progressent à la fois et le front de la chambre est vertical. A chaque sous-niveau, on part de la cheminée de dégagement vers la cheminée de service protégée. Le dépilage comprend les opérations suivantes : - percement par des marteaux perforateurs à partir de chaque sous-niveau des trous profonds (51 à 64 mm de diamètre et jusqu'à 25 m de profondeur) dans le minerai. - Chargement d'explosifs et tir - Evacuation du minerai abattu tombé au fond de la chambre par la galerie principale. 1. Avantages Par rapport aux méthodes par CVGD et R à abattage par trous de mines) :
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grande sécurité de travail: l'abattage, le chargement et le transport se font de l'extérieur de la chambre où il est interdit d'entrer. - L'aérage du bloc s'effectue sans difficulté - Méthode relativement économique (à cause des trous de 25 m, faible prix e revient, faible consommation du bois) et rendement de travail élevé. - En période creuse, possibilité d'emmagasinage du minerai dans les chambres suffisamment avancées. - Main d'œuvre réduite à l'étape de production - Les opérations qui constituent le cycle d'abattage (forage, sautage, chargement et transport) s'effectuent de façon indépendante. 2. Inconvénient - grand volume des travaux préparatoires quoique la plus part soient effectués dans le minerai (cela réduit les coûts et contribue un peu à alimenter le moulin). - Danger d'effondrement de la couronne de la chambre et des épontes par suite de la formation d'énormes espaces exploités (vides) : l'examen et le suivi de l'état de la chambre est difficile vu qu'il est impossible d'y pénétrer. - Important dynamitage secondaire - Pertes importantes (abandon des piliers) et dilution considérable - Manque de sélectivité du minerai à cause de l'abattage en grande masse. NB : Depuis quelques années le perçage des trous de sautage jusqu'à 170 mm de diamètre est devenue pratique courante pour la méthode des sous-niveaux abattus. Cela a pour avantage d'augmenter la distance entre les sous-niveaux en réduisant la quantité de forage requise. En plus la faible déflection des trous à l'aide de cette technique permet de percer des trous ayant jusqu'à 50 à 60 mètres de profondeur. Les galeries de sous-niveaux ne sont pas forcement strictement superposées : leur position dépend des limites changeantes du gisement. Lorsque la tenue du minerai n'est pas très excellente, les travaux préparatoires consistent en plus des travaux sus-indiqués à la réalisation d'une coupure horizontale supérieure : cela permet d'éviter l'affaissement du pilier de la couronne à cause des effets de tir. La méthode des sous-niveaux abattus s'applique également aux filons minces.
Figure 37 : Sous-niveaux abattus : Préparation et Dépilage
D. METHODE D'EXPLOITATION PAR CHAMBRES MAGASINS 1. Notions C'est une méthode d'exploitation qui consiste à laisser dans la chambre pour la durée du dépilage à peu près 60% du minerai abattu. Le minerai abattu laissé dans la chambre joue le rôle de plancher de travail d'une part et d'autre part aide à supporter les épontes. Après chaque tir environ 40% du minerai abattu constituant un surplus résultant du foisonnement est soutiré. Après abattage de toute la chambre le minerai laissé en place est soutiré à l'aide des chargeuses mécaniques. Les vides qui en résultent sont traités par foudroyage ou remblayage. Les travaux de dépilage dans le bloc commencent à partir de la galerie de base. Sa progression est assurée par enlèvement des tranches horizontales successives d'épaisseur d'environ trois mètres. Chaque tranche est abattue par enlevures successives dont la largeur est celle de la veine et la longueur dépend de la méthode d'exploitation. Le soutirage s'effectue par des trémies au besoin ou directement par les voies de roulage. On distingue deux groupes principaux d'abattage par chambre magasin : - chambre magasin avec abattage par trous de mines disposés à la base du bloc. - Chambre magasin par trous profonds à partir des ouvrages préparatoires. NB: chaque groupe comprend plusieurs variantes en fonction de la forme du chantier, du mode de soutirage, de la disposition de la galerie de roulage, du départ de dépilage…
2. Conditions d'application -
Gisement à angle de pendage au moins égal à 55-60° Tenue du minerai suffisamment forte Tenue moyenne des épontes Minerai non oxydable Minerai non inflammable Minerai non compactable et qui ne se cimente Minerai à valeur marchande de tout bord Puissance des filons de quelque ordre de grandeur que se soit mais > à 1 m Epontes régulières
3. Chambre magasin à abattage par trous de mines Préparation Pour des gisements de puissance ≤ à 5 m: - une galerie de roulage disposée au milieu du gîte ou près de son mûr (sans soutènement dans les roches dures)
-
la galerie de roulage de l'étage n devient celle d'aérage de l'étage n +1. Deux cheminées latérales à un ou deux compartiments chacune plus éventuellement une cheminée au centre (pour améliorer l'aérage et faciliter le transport du matériel - Des niches : courts passages qui assurent la communication entre les cheminées et la chambre - Des cheminées de soutirage NB : aux travaux préparatoires s'ajoute le coupage du bloc qui consiste en la réalisation d'une coupure horizontale et les entonnoirs sur toute la longueur de la chambre. Dépilage Il comprend : - l'abattage du minerai par des trous de mine montants ou horizontaux plus le débitage secondaire. Le front est à un ou plusieurs gradins renversés. - L'emmagasinage du minerai - Le soutirage partiel (30 à 40%) qui permet de faire apparaître 1.8 à 2.2 m de vide entre le minerai en place et celui emmagasiné - Le soutirage final - La récupération des piliers éventuellement NB: les trous de mine sont réalisés à l'aie des marteaux perforateurs télescopiques. Avantages Pour les filons pentés ayant de 0.5 à 5 m de puissance - faible volume des travaux préparatoires et facilité de leur exécution - soutirage sélectif des chantiers (cela assure une production et une teneur uniforme) - soutènement automatique des épontes et donc l'absence de l'installation du soutènement - conditions de travail des ouvriers favorables (étant sur le minerai abattu, ils n'ont pas besoin d'installer des planchers de travail. Aussi ils peuvent contrôler le toit et organiser l'aérage sans difficulté) - pertes de minerai acceptable - possibilité de régler la production de la mine grâce aux réserves du minerai emmagasiné. - Rendement considérable - Prix de revient moyen - Simplicité du schéma et son adaptation aux allures changeantes du gisement. Inconvénients - conditions d'application difficiles (pendage, propriétés du minerai…) - grande quantité du minerai abattu immobilisée dans la chambre pendant l'exploitation (le soutirage n'est complet que dans la chambre m-2) et donc impossible de connaître et de contrôler le prix de revient du minerai. - Danger d'accident des mineurs qui sont exposés sous le toit. - La méthode ne se prête pas à une mécanisation poussée - Danger et insécurité du soutirage lorsque le minerai se bloque et ne coule plus. Le blocage du minerai est fréquent dans les filons étroits et rend inapplicable la méthode. - Dans les roches instables, le décollement des blocs est possible et cela peut provoquer une dilution considérable. Sécurité - interdit d'entrer dans la chambre pendant le soutirage du minerai - l'examen et la purge du toit sont obligatoires
- les cheminées doivent être fermées à leur tête à l'aide des grilles ou trappe - aérage approprié lors de l'exploitation des minerais qui dégagent un gaz nocif. Remarque - lorsqu'on veut réduire au minimum le stot du niveau de base ou le supprimer totalement, on trace quelque fois la galerie de roulage ainsi que les cheminées de soutirage aux stériles près du gisement (ici la réduction des pertes du minerai et la commodité du travail compensent les dépenses supplémentaires dues au creusement aux stériles) - lorsqu'on exploite un filon mince mais avec une bonne tenue des terrains, il arrive qu'on ne laisse pas des piliers entre les chambres et le stot du niveau de base: les cheminées sont alors boisées et les trémies de chargement sont érigées dans une couronne artificielle en bois fer ou métal.
Figure 40 : Chambre magasin par trous de mines : Préparation et dépilage Vsp = Vab (Kf -1))
E. METHODE D'EXPLOITATION PAR FOUDROYAGE DU MINERAI ET DES ROCHES ENCAISSANTES 1. Notions La méthode consiste essentiellement à foudroyer le minerai et les roches encaissantes. Ici l'abattage du minerai entraîne l'éboulement du toit et foudroyage recouvrant le minerai. Le soutirage du minerai se fait sous les roches surjacentes foudroyées. On distingue : - les sous-niveaux foudroyés - les blocs foudroyés
2. Sous-niveaux foudroyés Application On applique ces méthodes pour des amas ou couches de grandes puissances (plus de 3 - 5 m pour les gîtes dressants et 10-20 m ou plus pour les gîtes plats) recouverts par des roches de faible résistance. Ces méthodes s'adaptent également à de nombreux autres types de gisements. Les sous-niveaux foudroyés comprennent plusieurs variantes. Variante Suédoise : Sous-niveaux foudroyés avec soutirage frontal du minerai Préparation Elle consiste au creusement : - une galerie de roulage aux roches du coté du mur à 10-15 m de celui-ci, - une galerie d'aérage aux roches du côté du mur à 10-15 m de celui-ci - une cheminée à minerai et une cheminée de circulation assurant la liaison entre les deux galeries - pour la préparation des sous-niveaux, des courts travers-bancs relient la cheminée au gîte. - De part et d'autre de chaque travers-banc des galeries de sous-niveaux tout le long du mur jusqu'aux limites latérales du bloc (dans le but de simplifier l'aérage et le dépilage, ces galeries sont parfois creusées aux rochers). - Des recoupes de sous-niveaux distantes de six à 7 m décalées les unes des autres de moitié pour éviter le sous-cavage des recoupes supérieures. Abattage On assure l'abattage à l'aide des trous de mine longs en éventail, ou parallèles percés à l'aide d'un perforateur installé sur un chariot de foration mobile. Le chargement du minerai commence après abattage d'une (1) ou de deux (2) tranches à l'aide des moyens comme les chargeuses à pince avec camions navettes (2), les chargeuses à rails, les auto pelles, les chargeurs transporteurs (LHD)… au fur et à mesure qu'on, soutire le minerai, on procède à son échantillonnage systématique. On arrête le soutirage lorsque les pierres du foudroyage apparaissent. Les sous-niveaux sont exploités par panneaux rectangulaires ou rhomboïdaux. Avantages - Grande sécurité du travail étant donné que les ouvriers se trouvent dans les ouvrages de petite section (ouvrage de foration, voies de transport…) - méthode simple, productive et économique - faible consommation des matériaux - prix de revient bas Inconvénients - dilution de 15 à 30%
- nécessité d'échantillonnage du minerai - pertes de minerai jusqu'à 10%.
Figure 41 : Sous-niveaux foudroyés (variante suédoise) 1 : galerie de roulage au rocher 5 : travers-bancs 2 : cheminée à minerai 6 : recoupes 3 : cheminée de passage 7 : galerie d’aérage au rocher 4 : galerie de sous-niveau 8 : trous de mines (a) : massif de roche foudroyé 20 : minerai abattu
Figure 42 : dépilage des sous-niveaux foudroyés
4. Blocs Foudroyés Description C'est une application à grande échelle des sous-niveaux foudroyés. La méthode consiste à affaiblir la base du bloc de minerai pour provoquer sa dislocation, sa fragmentation et son effondrement sous l'action des forces de pesanteur et de pression. Le minerai disloqué est ensuite soutiré. Conditions d'application - gisement massif de grande étendue et épaisseur - minerai peu résistant et friable - absence d'édifices ou de constructions importantes en surface près du périmètre du gisement. Préparation La préparation consiste au creusement de : - Une ou plusieurs galeries de soutirage à la base du bloc à abattre. - Un système complexe de soutirage au dessus de la galerie de soutirage comprenant : ● des cheminées à minerai allant de la galerie de soutirage jusqu'à un niveau de grilles. ● Le niveau de grille à partir du quel on contrôle la granulométrie du minerai et procède au débitage secondaire ● Des cheminées à minerai qui partent du niveau de grille vers le bloc en s'élargissant en entonnoirs ● Au dessus des entonnoirs, une enlevure horizontale par abattage à l'explosif sur toute l'étendue de la base du bloc. ● Lorsque les roches sont particulièrement faibles, on procède au bétonnage du goulot de entonnoirs et des galeries de soutirage. Remarque Pour réduire le volume des ouvrages préparatoires, les niveaux de grille peuvent être supprimés et remplacé par des systèmes des points de soutirage. Le minerai serait alors chargé par des équipements sur pneus. Dépilage
Suite au sous-cavage de la base du bloc, ce dernier s'affaiblit et commence à craquer. Il se disloque puis s'effondre au fur et à mesure en remplissant les entonnoirs. Parfois des blocs de dimensions considérables bloquent le niveau de grille et exigent le sautage secondaire. S'il arrive que le foudroyage tarde à s'amorcer, on le provoque au moyen des trous profonds ou en affaiblissant la résistance du minerai en découpant le bloc au moyen des galeries superposées et des cheminées le long de ses arrêtes. Le soutirage du minerai est assuré à l'aide du raclage, des chargeuses pneumatiques, des chargeurs transporteurs ou autres moyens. Remarque : lorsque l'évacuation du minerai est effectuée au niveau de tous les points de soutirage, on obtient une bonne récupération. Le foudroyage ne cesse tant que le soutirage continu. Lorsqu'on arrête le soutirage et après un délai requis, par foisonnement, le minerai remplit la chambre et supporte le bloc de minerai en place. Avantages - Surveillance du personnel facilitée par sa concentration à la base du bloc. - Economie de forage et d'explosifs pour l'abattage - Grande productivité journalière - Faible prix de revient Inconvénients - Pétardage abondant, - Manque de sélectivité - Risque de salissage - Nécessité de soutirer de partout - Nécessité d'une bonne ventilation à cause de l'abondance du pétardage - Nécessité d'une bonne surveillance des entrées lorsqu'on effectue le tir; - Nécessité de bien construire (bétonnage) les galeries de raclage, les points de soutirage, les grilles étant donné que ces ouvrages sont destinés à durer longtemps et à résister aux effets du débitage secondaire. - Impossibilité de pénétrer dans la chambre
Figure 43 : Blocs foudroyés : Préparation et Dépilage
F. METHODE D'EXPLOITATION PAR CHAMBRE REMBLAYEE 1. Description C'est une méthode qui consiste à évacuer immédiatement du chantier la totalité du minerai abattu et le vide qui en résulte est rempli par un remblai qui maintient les épontes et sert de plancher de travail. Les matériaux du remblai diffèrent d'une mine à une autre: ils peuvent être du sable, du gravier, des pierres stériles, des résidus de traitement, des terres provenant des traçages aux rochers… La méthode des chambres remblayées exige l'exécution du remblayage en même temps que les travaux de dépilage. A ne pas la confondre avec la méthode d'exploitation avec remblayage postérieur que l'on réalise après enlèvement du minerai de toute la chambre. (On peut utiliser cette dernière avec les chambres magasins, les chambres vides pour éviter les mouvements brutaux des terrains ou pour faciliter la récupération des piliers). Dans cette dernière méthode contrairement à la première, le remblayage n'entre pas dans le cycle de dépilage. On distingue deux types de remblai : - le remblai non consolidé (exemple : les roches provenant des traçages aux rochers stériles distribués de façon mécanique sur toute la largeur de la chambre). - Le remblai consolidé (remblai hydraulique) : il est généralement constitué par un mélange de sable, de gravier, des schistes préalablement concassés et d'eau. Il est en général préparé au jour et est transporté par canalisation au fond par un courant d'eau qui se déplace par gravité. Le transport au fond est assuré par des tuyaux spéciaux. Lorsque l'eau se retire, le remblai constitue un remblayage résistant. Il arrive qu'on lui ajoute du ciment pour le rendre plus résistant. On distingue plusieurs variantes de chambres remblayées dont notamment : - chambre remblayée à front horizontal - chambre remblayée à double front diagonal - chambre remblayée à sous niveaux - tranche descendante remblayée (rare dans les mines métalliques) - taille remblayée De toutes ces méthodes, la chambre remblayée à front horizontal est la plus pratiquée.
2. Chambre remblayée à front horizontal Application - filons minces et dans des cas rares des gisements de moyenne puissance et des amas importants. - Gisements à angle de pendage fort (ou moyen rarement) - Mauvaises épontes ou ayant un profil irrégulier - Bonne tenue du minerai (les ouvriers se trouvent sous le minerai à nu) - Minerai suffisamment riche ou à grande valeur marchande (pour compenser le coût de l'exploitation).
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Gisements profonds présentant un danger de coup de roche
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Nécessité de conserver la surface du sol sans affaissement Minerai inflammable
Préparation Elle consiste au creusement : - une voie de base dans le minerai sur toute la longueur du bloc (ou aux stériles) - sous-cavage du bloc par élargissement et découronnement de la voie de base - s'il s'agit du premier étage, une voie d'aérage - deux cheminées latérales - érection d'une couronne artificielle boisée à la base du bloc et aménagement incorporé des trémies et cheminées requises pour le minerai et le personnel. Dépilage Il s'effectue du bas vers le haut par enlèvements tranches horizontales successives d'environ 4 mètres d'épaisseur. L'abattage est assuré par des mines courtes horizontales ou verticales d'une extrémité à l'autre du bloc et d'éponte à éponte. L'évacuation du minerai se fait par raclage ou par des chargeuses transporteuses vers une des cheminées aménagées dans le remblai. Lorsqu'on soutire complètement le minerai d'une tranche horizontale, on procède au remblayage de la tranche précédente après y avoir ms en place le prolongement requis des cheminées à minerai. Après on amorce un nouveau cycle en abattant la tranche suivante. Cycle = forage – tir- aérage – évacuation du minerai – enlèvement des planchers – remblayage e- mise en place des planchers Remarque Des zones de faible teneur peuvent être laissées sur place et il est aussi possible d'ajuster les contours de la chambre pour recouvrer le minerai dans les épontes. Avantages - possibilité de faire un abattage sélectif et complet le plus souvent - soutènement immédiat des épontes et profit du plancher de travail - permet la récupération immédiate de la totalité du minerai abattu - méthode relativement sécuritaire - peut souffrir d'une période d'inactivité sans trop se détériorer Inconvénients - Risque de salissage lors du soutirage du minerai (le minerai peut se mélanger au remblai) - Cycle de dépilage très rigide pouvant amener l'intermittence de la production dans les petits chantiers à cause du remblayage - Méthode dispendieuse : les travaux de préparation importants et l'apport des matériaux extérieurs nécessitent beaucoup du monde et beaucoup de travail. - Mal propreté dans les mines à usage du remblayage hydraulique Remarque - le salissage est causé par le mélange du minerai au remblai pendant le déblayage - pour limiter les pertes des particules fines, on peut utiliser des bâches ou des madriers.
Figure 45 : Remblayage hydraulique d’une tranche horizontale 1 : cheminée de circulation ; 2 : cheminée à minerai ; 3 : tuyau de drainage ; 4 : revêtement de cheminée ; 5 : accumulation d’eau ; 6 : tuyauterie de remblayage hydraulique
Figure 46 :Tranche montante remblayée avec matériel automoteur 1 : trémie à commande pneumatique 2 : dumper 3 : autopelle 4 : chariot de forage 5 : gaine à minerai 6 : cheminée de circulation 7 : galerie de roulage 8 : galerie d’aérage
Quand les ressources d’un étage sont épuisées, l’exploitation se déplace plus bas et travaille à partir d’une nouvelle base d’étage, l’ancienne base devenant le sommet du nouvel étage. Afin d’éviter des variations brutales dans la production des mines, celles-ci ont toujours un étage en cours de préparation pendant qu’un autre est en cours d’exploitation. A la base d’un étage, on distingue un certain nombre d’ouvrages biens caractéristiques qui ont reçus les noms suivants : - le travers-banc, ou en abréviation T.B. ; il est construit, comme son nom l’indique, de façon à recouper les différentes couches de terrains. C’est lui qui permet de se diriger vers les couches à exploiter. - la « richtstrcke » ou galerie parallèle à la couche, est creusée dans un banc de rocher, elle ne recoupe pas les différents bancs. - la galerie en couche, destinée à suivre celle-ci, Des ouvrages semblables existent à la tête de l’étage, ils aboutissent à un deuxième puits, au sommet duquel se trouve placé un ventilateur très puissant, dont le rôle est d’assurer en permanence la circulation, dans toute la mine, d’une quantité d’air suffisante pour y maintenir une atmosphère convenable. On distingue par conséquent les puits d’entrée et de sortie d’air. C’est entre la base et le sommet d’un étage que se développe l’exploitation proprement dite, c'est-à-dire l’opération qui consiste à arracher la substance minérale, afin de la transporter et de l’extraire au jour. Cette opération se fait dans des chantiers et suivant l’une ou l’autre des méthodes d’exploitation :
- la méthode par fronts étroits qui consiste à creuser dans la couche un réseau de très nombreuses galeries parallèles, assez large, que l’on appelle des chambres . Ces chambres sont alors séparées par des parties non exploitées de la couche, qui portent le nom de piliers ; ceux-ci peuvent à leur tour être exploitée par des procédés convenables ( voir le chapitre Méthodes). L’exploitation par taille est très différente. Elle consiste tout d’abord à relier la base et la tête de l’étage par un ouvrage creusé uniquement dans la couche ( de A en B sur le schéma). On dit qu’on a creusé un montage . Par la suite,, l’exploitation consiste à élargir chaque jour ce montage en arrachant, toujours dans la même direction, une certaine épaisseur de minerai sur toute sa longueur et sa puissance. De cette façon,AB se déplace peu à peu vers CD. Mais le vide qui a été créé par l’enlèvement du minerai dans le rectangle ABCD doit être comblé par l’un des moyens suivants : * le remblayage par des matériaux spécialement introduits dans la mine à cet effet * le foudroyage qui est une opération qui consiste à provoquer volontairement l’effondrement du toit, qui par foisonnement remplit alors tous les vides. L’exploitation d’une taille progresse tranche par tranche, l’épaisseur de celle-ci étant la largeur de l’allée et que cette progression nécessite plusieurs opérations distinctes : * l’abattage : le minerai est arraché et réduit en morceaux suffisamment petits pour être facilement transportés. * le transport des produits abattus. * le déplacement de l’appareil de transport. * la mise en place d’un soutènement, destiné à éviter tout accident de personnes par chutes de pierres, pendant le temps nécessaire aux diverses opérations * le remblayage ou le foudroyage. Il est évident que ces différentes opérations doivent être convenablement synchronisées, c'est-à-dire organisées. Quelle que soit la méthode d’exploitation,le minerai, une fois arraché à son gisement, doit être transporté ; il l’est d’abord dans la taille ou les chambres,puis dans les galeries et T.B. et finit par aboutir au puits, dont les environs, convenablement prévus pour recevoir l’arrivée de cette production, constituent la « recette ». Tous ces transports se font par wagons, ou par convoyeurs. Le puits équipé pour transporter les produits jusqu’au jour est un puits d’extraction.
