UNIVERSITE DE LUBUMBASHI 
FACULTE POLYTECHNIQUE 
DEPARTEMENT DES MINES 
COURS D’EXPLOITATION DES 
MINES À CIEL OUVERT 
PAR...
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I.3.2 Rappo...
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Cours d'exploitation des mines à ciel ouvert

  1. 1. UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT DES MINES COURS D’EXPLOITATION DES MINES À CIEL OUVERT PAR : KAMULETE MUDIANGA N.
  2. 2. UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE DEPARTEMENT DES MINES COURS D’EXPLOITATION DES MINES À CIEL OUVERT PAR : KAMULETE MUDIANGA N. Ingénieur civil des mines Docteur en sciences appliquées Professeur à l’Université de Lubumbashi
  3. 3. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 1 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre INTRODUCTION L’expansion du monde industriel ces trente dernières années a permis un développement spectaculaire des exploitations à ciel ouvert aussi bien pour l’évolution de la technologie proprement dite des matériels (leur taille et leur performance) que pour les moyens d’études et de contrôle par ordinateur. C’est ainsi que l’on exploite actuellement par les méthodes d’exploitation à ciel ouvert plusieurs gisements tels que les gisements du cuivre, de bauxite, du charbon, du fer, d’or, de diamant, de manganèse et des matériaux de construction. Le développement des exploitations à ciel ouvert s’explique par les avantages suivants : La meilleure récupération des gisements et une bonne sélectivité La plus grande souplesse dans la planification de l’exploitation et de la découverture La plus grande sécurité de travail La possibilité d’une importante mécanisation permettant d’utiliser des grosses machines L’ensemble de ces avantages conduit généralement à des coûts d’exploitation par tonne faible. Quelques faits nouveaux liés aux progrès techniques sont à la base de l’approfondissement constant des mines à ciel ouvert. Il s’agit de : 1. les engins de carrière accroissent constamment leur possibilité de découverture en réduisant le prix de revient de l’unité de volume abattu et déplacé, ce qui
  4. 4. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 2 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre permet d’accroître le volume total à excaver par rapport au tonnage des minerais à exploiter. 2. les méthodes modernes de concentration des minerais permettent d’envisager l’exploitation des gisements et des rejets (après concentration) à faible teneur mais à fort tonnage. C’est ainsi que certains gisements et rejets des usines de concentration considérés jusque là comme stériles (c’est-à-dire la teneur de coupure faible par rapport à celle exigée par les installations de concentration) peuvent être considérés aujourd’hui très rentables compte tenu des progrès de la méthodes de concentration (par exemple les terrils des usines de la Gécamines Lubumbashi). Ceci signifie également que la notion de gisement ou de stérile est une notion relative qui évolue dans le temps et dans l’espace compte tenu des progrès technique et scientifique. 3. le progrès des méthodes de prospection amène à découvrir d’autres nouveaux gisements superficiels dans les pays industrialisés ainsi que dans les régions peu accessibles de certains pays en voie d’industrialisation. 4. il faut savoir qu’on dispose actuellement des moyens de plus en plus performants dans les nombreux domaines touchant les mines à ciel ouvert et en particulier : a) Topographie : les appareils à infrarouge ont actuellement une précision et une fiabilité remarquable. b) Mécanique des roches et des sols : la connaissance des caractéristiques mécano physiques des
  5. 5. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 3 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre gisements permet à partir des essais in situ ou sur des échantillons au laboratoire, de déterminer dès l’étude d’élaboration du projet, la méthode de fragmentation des matériaux. Mais c’est la détermination des angles des talus et des techniques spéciales d’osculation qui permettent un contrôle très précis des bords des carrières d’une mine à ciel ouvert qui est d’une grande importance pour la stabilité des travaux des travaux miniers. c) Ces deux domaines ont une grande importance aussi bien au moment de l’élaboration d’un projet par la fixation de la forme et de calcul du volume à excaver que pendant l’exploitation pour assurer la sécurité et la diminution du cubage à excaver, ce qui a pour conséquence la réduction du coût des opérations minières. d) Hydrogéologie : le domaine est d’une grande importance dans certaines mines à ciel ouvert cas dans les conditions de travail dans ces dernières et les prix de revient peuvent dépendre très largement du traitement des eaux (exhaure). On dispose actuellement grâce à l’informatique des logiciels permettant de simuler les venues d’eau souterraine et de déterminer la quantité d’eau à pomper en vu de rabattre le niveau de la nappe aquifère. e) Informatique : actuellement, il existe plusieurs logiciels permettant de résoudre les problèmes spécifiques d’une mine à ciel ouvert tels que :
  6. 6. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 4 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre La stabilité des talus Le rabattement de la nappe aquifère La trace des plans de carrières ou design (projets partiels ou projet global) et le calcul de la quantité des matériaux contenue dans les limites des projets partiels ou global d’exploitation. La planification à court et à moyen terme La simulation du transport et des extractions minières ainsi que leurs contrôles périodiques et la mise à jour. Les exploitations à ciel ouvert ont des caractéristiques particulières qui ont une grande influence sur leur prix de revient : Elle nécessite des investissements très importants en équipements et parfois en travaux préparatoires d’une part et d’autre part les charges financières représentent une part non négligeable du prix de revient L’organisation du chantier doit être particulièrement soignée et suivie si l’on veut tirer un rendement maximum des machines ou engins d’exploitation. Le matériel mis en oeuvre est de plus en plus sophistiqué d’où la qualification de la main d’oeuvre s’impose et l’entretien de plus en plus poussé. L’exploitation à ciel ouvert se fait habituellement de deux manières :
  7. 7. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 5 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Par des moyens mécaniques (procédé dit excavation) en employant comme engins miniers des sondeuses, des excavateurs, des camions bennes. Par des moyens hydromécaniques de deux façons : 1) Dans les roches tendres avec comme équipement principal les monitors et les pompes 2) Dans les gisements se trouvant soit dans les régions fortement marécageuses, soit au fond des cours d’eau, soit dans les lacs avec comme équipement principal les dragues, en particuliers les draglines. Dans certaines conditions, on utilise les procédés manuels pour extraire du minerai du sous-sol : Dans les pays à main d’oeuvre chère, exploiter des petits gisements riches. Dans les pays à main d’oeuvre moins chère, exploiter des petits gisements erratiques (irréguliers) Lors de l’exploitation à ciel ouvert, on distingue trois étapes essentielles des travaux miniers à savoir : L’ouverture du gisement qui est précédée par la préparation de la surface (débroussaillement, déboisage) avec l’assèchement du champ minier Le découpage du champ minier de la carrière et l’enlèvement des morts terrains (stériles) Les travaux d’exploitation pour l’enlèvement du minerai L’inconvénient majeur dans les travaux miniers à ciel ouvert est leurs dépendances aux conditions atmosphériques (pluie, vent, neige, soleil…) et des intempéries peuvent provoquer des sérieux
  8. 8. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 6 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre problèmes aussi bien que pour le confort du personnel que pour la résistance et l’entretien du matériel. Dans les régions très froides, les aciers ordinaires peuvent se casser comme du verre, les huiles et les graisses congèlent. D’abondantes chutes de neige peuvent interrompre pendant plusieurs jours les travaux d’exploitation, des vents violents peuvent renverser des engins (vitesse de vent ~ 100 km/h). Pendant l’exploitation du gisement deux principes suivants sont à respecter : 1) L’exploitation d’un gisement doit être conduite de telle façon que lorsqu’on aura atteint son développement normal, la teneur moyenne d’exploitation doit se rapprocher d’autant que possible de la teneur de coupure. Cela conduit à exploiter simultanément suivant la proportion à établir d’après la prospection et la sélectivité des zones riches et pauvres. 2) Les travaux d’ouverture du gisement entraînent habituellement des grosses dépenses, il faut s’efforcer de les amortir dans le délai le plus bref. A cet effet, on exploitera en tout premier lieu des chantiers ou des zones du gisement reconnues plus riches. Ainsi, on commencera si possible par les travaux préparatoires permettant l’exploitation immédiate du minerai.
  9. 9. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 7 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre CHAP I EXPLOITATION ET TRAVAUX MINIERS I.1 Méthodes d’exploitation I.1.1 introduction En définissant une méthode d’exploitation comme la progression dans le temps de l’ensemble de gradins à l’intérieur de la fosse ultime, nous avons une définition de la méthode d’exploitation qui tient compte de la morphologie du gisement. D’une part, les moyens mis en oeuvre pour déplacer le stérile peuvent déterminer les principaux paramètres dans la classification des méthodes d’exploitation à ciel ouvert, et d’autre part par le choix du matériel peut à lui seul caractériser la méthode d’exploitation. C’est pourquoi on entend parler de l’exploitation par draglines ou par roues-pelles. On remarque que les méthodes d’exploitations à ciel ouvert ne bénéficient pas d’appellation relativement universelle comme celles des mines souterraines. Sur base des considérations ci-dessus, il est parfois difficile de donner une classification des méthodes à ciel ouvert. Dans ce cours, nous allons distinguer deux catégories des méthodes d’exploitation à ciel ouvert : 1. une classification qui tient compte de la morphologie du gisement 2. une classification qui tient compte des moyens de déplacement du stérile
  10. 10. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 8 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre I.1.2 Méthodes d’exploitation basées sur la morphologie du gisement Les méthodes d’exploitation dépendant de la morphologie du gisement peuvent être classées en deux types principaux : les gisements en forme d’amas et de filon (dressants et semi dressants) les gisements subhorizontaux ou tabulaires (horizontal) Dans le premier cas, il s’agit soit du gisement avec stériles juxtaposés qui, généralement, affleurent et ayant des terrains durs, soit des gisements ayant des terrains de recouvrement superficiels (ex : cuivre, fer). Dans le second cas, il s’agit des gisements sans stérile de recouvrement qui affleurent (calcaire, porphyre), soit des gisements ayant des terrains de recouvrement superficiels (lignite, charbon,…) I.1.2.1 Méthode par fosses emboîtées Dans le cas des gisements en amas ou des filons, l’exploitation se développe verticalement en contre bas par fosse successives comportant du minerai et du stérile que l’on est obligé d’excaver, et de déplacer au fur et à mesure de l’approfondissement des travaux d’exploitation. C’est une méthode générale appelée excavation globale,
  11. 11. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 9 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre il s’agit d’un grand cratère dont le profil est constitué de gradins. La crête de chaque gradin est représentée en plan par une courbe fermée. Si la région est montagneuse, certains gradins peuvent être incomplets, ce qui permet périodiquement de créer des nouveaux gradins plus profonds en faisant progresser le front des travaux en profondeur. La zone minière : il est toujours variable et le creusement de l’incliné se réalise jusqu’au stade final de l’exploitation. Figure 1. Méthode d'exploitation par fosses emboîtées Ce type d’exploitation possède deux particularités : la conduite des travaux d’exploitation présente un caractère irréversible, leur évolution étant fixée par une étude préalable de la forme ultime (finale) et il est pratiquement impossible de s’en écarter par la suite, ceci à cause du rapport de découverture important qui peut survenir en voulant extraire une partie de minéralisation non incluse dans le projet de la fosse finale. Le rapport de découverture étant fonction de la profondeur d’exploitation et de la morphologie du gisement, ses variations peuvent dans certaines conditions être importantes entre deux phases d’exploitation successives.
  12. 12. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 10 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Par conséquent, la planification de la production minière est l’un des problèmes délicats de ces types d’exploitation. Cette méthode exige la constitution des terrils extérieurs non loin du champ minier, à des endroits spécialement prévus à cet effet. I.1.2.2 Méthodes d’exploitation par tranchées successives Dans le cas des gisements subhorizontaux ou en plateures, l’exploitation se développe horizontalement et en s’efforce pour diminuer la distance de transport du stérile, de le déposer dans la fosse aussitôt après avoir exploité le minerai. Ce remblayage peut être fait soit par un seul engin (pelle ou dragline de découverture), soit au moyen de pont de transfert ou des sauterelles, soit par des camions-bennes associés aux bulldozers. Cette méthode est appelée méthode par tranchées successives, c’est-à-dire des terrains en place qui recouvrent la couche minéralisée sont déplacés et remis en arrière là où on a déjà enlevé du minerai.
  13. 13. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 11 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Figure 2. Méthode d'exploitation par tranches successives I.1.2 Méthodes d’exploitations basées sur des déplacements des stériles Les moyens mis en oeuvre pour déplacer les stériles déterminent les principaux paramètres de la méthode d’exploitation à ciel ouvert : La hauteur et le nombre de gradins des stériles et du minerai La largeur des plates-formes de travail Le nombre d’inclinés pour le transport Le nombre de fronts d’abattage, l’ordre et le système de déplacement des fronts des travaux La quantité des réserves découvertes et préparées Ainsi, on distingue cinq méthodes d’exploitation en se basant sur le mode de transport des déblais au sein de la carrière avec formation des terrils intérieurs ou extérieurs. 1. Méthodes sans transport : cette méthode peut être soit simple, soit avec remaniement des déblais ou terrils. Dans le premier cas, il s’agit de la mise en terril des déblais directement par l’excavateur employé pour l’enlèvement des morts terrains. Tandis que dans le second cas, il s’agit de la formation puissante de stérile. On est amené à employer un excavateur supplémentaire sur les terrils pour répartir la roche déversée par un excavateur de déblaiement. Comme excavateur, on utilise les pelles mécaniques et draglines. Les champs d’application de la méthode sont : Les couches horizontales de puissance limitée avec le recouvrement de dureté moyenne et d’épaisseur limitée
  14. 14. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 12 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Les couches à moyen pendage incluses dans les terrains tendres et situées à faibles profondeurs. Ce qui permet de remanier deux ou plusieurs fois le déblais au moyen d’excavateur. 2. Méthode avec emploi d’engins de transfert : la méthode est employée lorsque les déblais sont rejetés dans le terril intérieur au moyen d’engins de transport mobiles(sauterelles et pont de transfert) et les matériels d’exploitation étant des excavateurs à godets multiples. La méthode est utilisée lors de l’exploitation des couches horizontales ou subhorizontales de recouvrement meuble et d’une grande épaisseur. 3. Méthode spéciale : c’est une méthode où les déblais sont évacuées au moyen des engins suivants : Scrapers Monitors et pompes Grues Convoyeurs avec stackers (rembalyeurs) ; les deux premiers types d’engins sont utilisés lors de l’exploitation des couches horizontales et subhorizontales de recouvrement tendre et meuble. Tandis que les deux derniers moyens sont utilisés lorsque la couche minéralisée doit avoir un fort pendage et être incluse dans les terrains durs. 4. Méthode avec transport des déblais : c’est une méthode utilisée dans toutes formes de gisements (horizontal, semi dressant et dressant) et de toute dureté de recouvrement en employant les excavateurs de tout type. Le transport des déblais se fait par divers engins de transport (camion,
  15. 15. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 13 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre locomotives et wagons, convoyeur à bandes) vers le terril extérieur ou intérieur. 5. Méthode mixte : elle est employée lors de l’exploitation des couches horizontales ou peu inclinées, de puissance limitée et de recouvrement tendre, meubles ou de dureté moyenne. Les déblais provenant des gradins supérieurs où l’on emploie les excavateurs de tout type sont transportés dans les différentes unités de transport (camions, locomotives et wagons, convoyeurs à bande) jusqu’au terril intérieur ou extérieur, tandis que les déblais provenant des gradins inférieurs ou l’on utilise les excavateurs à organe de travail de grandes dimensions sont rejetés dans le terril intérieur au moyen des excavateurs et dans le terril extérieur au moyen des engins de transport. I.1.4 Types de fronts de carrières et ordre de progression Selon l’ordre, la position des tranchées d’accès au front des carrières sur le niveau d’exploitation, on distingue trois principaux cas : 1. Front unilatéral
  16. 16. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 14 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Figure 3. Front unilatéral 2. Front bilatéral Figure 4. Front bilatéral 3. Front central Figure 5. Front central Le front central demande des investissements supplémentaires pour donner accès au gisement par rapport aux schémas unilatéral et bilatéral (les deux premiers
  17. 17. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 15 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre schémas). En contre partie, il assure le travail indépendamment des moyens d’exploitation (minimum deux excavateurs sur le même niveau d’exploitation) D’une façon générale, l’ordre de l’extraction des matériaux suivant le front de carrière d’un gradin quelconque est déterminé par des moyens d’excavation et de transport. On distingue essentiellement les types d’extractions suivantes : 1. Extraction par tranches horizontales de faible hauteur avec disposition des enlevures en direction du front des gradins. Cette méthode convient à l’emploi des scrapers et des bulldozers (par exemple lors de l’exploitation des gîtes alluvionnaires de diamants) 2. extraction par tranches verticales de faibles épaisseur suivant le talus du gradin. Ce procédé est pratiqué lors de l’utilisation des excavateurs à chaînes à godets. 3. Extraction par enlevures orientés dans la direction du front des gradins : ce procédé est généralement répandu lorsqu’on utilise des pelles mécaniques et hydrauliques accompagnées des camions-bennes ou des locomotives et des wagons. 4. Extraction par enlevures orientées transversalement par rapport au front de gradin : ce procédé est généralement pratiqué lorsqu’on utilise la roue pelle accompagnée habituellement des moyens de transport suivants : convoyeur à bandes, parfois locomotive et wagon ainsi que draglines. La vitesse de progression du front de carrière est donnée par l’expression suivante : Pa = (m/an) f . L Hg V ef
  18. 18. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 16 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Avec Pa : la production annuelle en m3/an Lef : la longueur totale du front de carrière sur tous les niveaux d’exploitation en m Hg : la hauteur du gradin en m Dans les carrières contemporaines, la vitesse de progression du front de carrière varie de 30 à 400 m par an. Cette progression est la plus faible dans les gisements semi dressants et dressants exploités par la méthode des fosses emboîtées ; et la plus grande dans les gisements en plateure exploité par la méthode des tranches successives. I.2 Eléments fondamentaux en mine à ciel ouvert Le stade principal en mine à ciel ouvert consiste à élargir petit à petit une tranchée de découpage dont les parois sont taillées et prennent par la suite la forme d’un gradin. I.2.1 Gradins C’est un élément fondamental technologique de l’exploitation à ciel ouvert représentant une partie des morts terrains ou du gisement enlevée de manière autonome et qui est desservi par des moyens de transport qui lui sont propres. Chaque gradin a généralement deux surfaces dégagées : Le front d’attaque Le talus du gradin Les éléments géométriques et technologiques sont sur la figure ci-dessous :
  19. 19. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 17 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Figure 6. Eléments géométriques et technologiques d'un gradin 1. Toit du gradin : c’est la surface horizontale limitant le gradin à sa partie supérieur 2. Mur : c’est la surface horizontale limitant le gradin à sa partie inférieure 3. Talus : la surface latérale inclinée limitant le gradin du coté vide de l’exploitation 4. Front d’attaque : c’est l’emplacement où l’excavateur travaille 5. Arrête supérieure : c’est la ligne d’intersection entre le toit et le talus 6. Arrête inférieure : c’est la ligne d’intersection entre le mur et le talus 7. Angle du gradin : c’est l’angle formé entre le mur et le talus. Cet angle est choisi suivant la nature des roches et particulièrement en fonction de leur nature. La largeur de la plate forme de travail est habituellement de 10 m afin de faciliter les manoeuvres de transport.
  20. 20. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 18 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Les gradins qui reculent au cours d’exploitation à ciel ouvert sont appelés gradins en exploitation. Les gradins autres que ceux en exploitations sont limités par des plates formes étroites dont la largeur est de 20 à 50 % de la hauteur du gradin. Ces plates formes sont destinées à améliorer la stabilité des talus et on les appelle banquettes de sécurité. Une partie de l’enlevure limitée en longueur par des moyens d’abattage et de chargement indépendant s’appelle bloc. Figure 7. Schéma d'un bloc d'exploitation D’une carrière quelconque ou mine à ciel ouvert, l’ensemble des gradins en exploitation constitue en général une vaste excavation dont la configuration générale est représentée par la figure suivante : Figure 8. Coupe verticale d'une mine à ciel ouvert montrant certains éléments fondamentaux à ciel ouvert La plate forme inférieure du dernier gradin s’appelle le fond de la carrière.
  21. 21. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 19 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre I.2.2 Bords de la carrière Les bords de la carrière sont des surfaces latérales limitant les vides créés par l’exploitation. Ce sont des plates-formes et des talus des gradins. On distingue : Les bords de travail Les bords inexploités Les bords de travail représentent un ensemble de gradin sur lesquels les travaux d’exploitation sont exécutés progressivement. Les bords inexploités sont des bords où l’on n’effectue pas les travaux d’exploitation et sont utilisés pour l’évacuation des produits et la sécurité des travaux. Souvent, on prend comme niveau de référence, le niveau de la mer. Ici à Lubumbashi, nous sommes au niveau 1200. Ainsi, la surface du sol est considérée à ce niveau. Si nous descendons de 10 m, nous avons successivement 1190 m ; 1180 m ; … I.2.3 Contour de la carrière Le contour supérieur de la carrière est l’intersection du bord supérieur de la carrière et la surface vierge. Tandis que le contour inférieur est l’intersection du bord inférieur de la carrière et de son fond. I.2.4 Talus de la carrière La position principale du bord de la carrière en tout moment d’exploitation est caractérisée par le talus de la carrière. Ce dernier représente une surface imaginaire passant par le contour supérieur et inférieur de la carrière. L’angle de talus de la carrière est déterminé en fonction de : La position de la profondeur d’exploitation Hx
  22. 22. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 20 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre La largeur de la plate forme de travail et banquette de sécurité La tenue des roches formant le bord de la carrière Pour les bords de travail, l’angle de talus γ1 est toujours inférieur à celui du bord inexploité γ2. D’une façon normale, on adopte des angles des talus plus faibles pour une roche de mauvaise tenue. Par contre, on adopte des angles plus élevés pour une roche de bonne tenue. Le talus de liquidation est la pente générale des talus de la carrière dans la phase finale de ses activités. Il est choisi sur base des calculs spéciaux de manière à assurer la stabilité des bords de la carrière et la diminution des stériles à excaver. Pratiquement, l’angle de talus de liquidation correspond dans la plupart des cas à l’angle de talus de la carrière du coté du bord inexploité. C’est-à-dire '' 2 2 g =g I.3 Travaux miniers I.3.1 Découverture La découverture est l’enlèvement du mort terrain qui recouvre un gisement dans le but de l’exploiter à ciel ouvert. Les gisements sont exploités à ciel ouvert…. Relief du terrain est favorable aux travaux d’accès et que le prix de revient d’une tonne du minerai tout venant est inférieur à celui qu’un obtiendrait en utilisant l’exploitation souterrain ainsi qu’au cours du marché d’une tonne du minerai extraite. La découverture d’un gisement se fait par le creusement des tranchées principales qui donnent accès à la couche minéralisée et des tranchées de découpage qui préparent le champ de la carrière à l’exploitation.
  23. 23. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 21 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre I.3.2 Rapport de découverture Le rapport de découverture est le rapport entre la quantité de stérile et la quantité du minerai extraite simultanément dans un projet ou phase d’exploitation. Ce rapport apparaît comme une caractéristique moyenne réalisée à un stade d’exploitation ou réalisée à partir de ce stade. Lorsque le gisement est stratiforme ou subhorizontal et ayant un recouvrement superficiel (ou mort terrain), on parle de taux de recouvrement ou de découverture. Mathématiquement, le rapport de découverture est défini par Qs Rd = ; Avec : Qm Rd : le rapport de découverture Qs : la quantité de stérile extraite ou excavée Qm : la quantité du minerai extraite. Le rapport de découverture peut être exprimé Soit en m3/ m3, on parle du taux de découverture volumétrique Soit en t/t, on parle du taux de découverture pondérale Soit en m3/t, on parle du rapport de découverture qui représente le cubage du stérile excavé pour extraire une tonne de minerai. Le rapport de découverture dépend de la morphologie du gisement et de la profondeur à laquelle celui-ci se trouve. I.3.2.1 Mine à ciel ouvert avec Rd constant Il s’agit des mines à ciel ouvert où le rapport de découverture reste constant durant toute l’exploitation. On arrive à une telle évolution lorsque la couche minéralisée a une grande extension horizontale et un recouvrement régulier des stériles (gisement en plateure ou subhorizontal). Dans ce cas, on peut approximativement définir le taux de découverture par le rapport de l’épaisseur des stériles
  24. 24. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 22 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Hst de recouvrement à la puissance moyenne ma du gisement. Ce qui s’exprime : Hst a m Rd = Figure 9 I.3.2.2 Mine à ciel ouvert à Rd variable Il s’agit des mines à ciel ouvert où le Rd varie avec l’approfondissement des travaux d’exploitation. Dans ce cas, comme le Rd augmente avec la profondeur d’exploitation (gisement dressant et semi dressant), le prix de revient d’une tonne extraite à ciel ouvert qui lui est proportionnel varie de la même façon. Figure 10 L’expression du Rd par unité de l’étendue du gisement se définit par
  25. 25. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 23 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Qs + Qs + Qs Rd = 1 2 3 (m3/t.s) Qm Avec 1 Qs : la quantité de stérile de recouvrement Qs2 et Qs3 : la quantité de stérile intercalaire …à ciel ouvert. Ainsi, la limite de rentabilité à ciel ouvert correspond à l’égalité de ces deux prix de revient. Donc Ps=Pt, et Ps = Pe+Rd.Pd Ce qui donne Ps Pe Pd Rdl = - On arrête l’exploitation à ciel ouvert lorsque le Pr d’une tonne de minerai extraite en ciel ouvert est supérieur au prix de vente d’une tonne de minerai extraite ou traitée. Dans ce cas, la limite de rentabilité di’une mine à ciel ouvert correspond à l’égalité de ces derniers : Pt=Pv et Pe+Rd.Pd ; ce qui donne Pv Pe Pd Rdl = - La détermination du rapport limite de découverture nécessite des études assez complexes. Le passage de la mine à ciel ouvert à celle souterraine n’est pas du tout une simple opération. I.3.3 tempérament C’est le rapport entre la quantité totale des matériaux excavés (stérile et minerai) exprimé en m3 et la quantité des minerais valorisables en tonnes sèches (ts) réalisée à un stade d’exploitation. Mathématiquement, le tempérament est exprimé par le rapport suivant : Qms Te = (m3/ts) Qmv Avec Qms : le cubage total des matériaux excavés et déplacés en m3 Qmv : le tonnage total du minerai valorisable extrait en tonnes sèches
  26. 26. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 24 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Graphiquement, le tempérament est représenté comme le montre la figure ci-dessous qui, en réalité, est irréalisable à cause des aléas de la production. CETI MAX Cubage total ( minerai-stérile) Figure 11. Courbes des tempéraments I représente le point initial des activités F représente le point correspondant à un certain stade d’exploitation ou un point final des activités d’exploitation. On remarque que le tempérament représente alors la pente ou le coefficient angulaire de la droite IF. L’expression du tempérament suppose qu’une étude préalable de teneur de coupure a été faite et cela en fonction de l’évolution des techniques de récupération et du prix du métal sur le marché considéré à long terme.
  27. 27. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 25 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre En effet, suivant l’évolution du cours de métal sur le marché international et des techniques minéralogiques et métallurgiques de récupération, on peut soit abaisser, soit élever la teneur de coupure. Dans la conjoncture favorable où la valeur du métal est élevée, on peut produire des concentrés à des teneurs plus basses, donc on abaisse la teneur de coupure. Ce qui entraîne généralement la réduction de la quantité des stériles enlevés et une augmentation des réserves valorisables. Dans ce cas, le tempérament est défini par la tangente tg αF’’ qui est la pente de la droite IF’’. Dans la conjoncture qui est défavorable, il faut au contraire produire des concentrés plus riches pour que l’exploitation puisse être rentable. Donc on augmente la teneur de coupure. Ce qui entraîne normalement une diminution de la quantité du minerai valorisable et une augmentation de la quantité des stériles. Dans ce cas, le Te est défini par tg aF’ qui est la pente de la droite IF’. Compte tenu des contraintes réelles de l’exploitation on prend en considération dans le calcul du Te et du transport des produits depuis le front d’abattage jusqu’à leur point de destination, ainsi que les tonnes métal vendables, on introduit ainsi dans la formule du Te la notion des distances standards et celle de tonnes métal. On obtient la formule plus élargie du Te qui peut s’exprimer comme suite : Te m km st - = 3 . ' tonne métal Avec km.st : kilomètre standard N.B : la teneur de coupure est la teneur limite en dessous de laquelle le minerai n’est plus exploitable économiquement. Cette teneur est étroitement liée à la technologie utilisée pour la récupération des métaux valorisables tant au niveau de la minéralogie qu’au niveau de la métallurgie.
  28. 28. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 26 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Le tempérament et le rapport de découverture sont liés par l’expression suivante : Sachant que Te = + ; avec Vmin le volume du minerai extrait et min T V Vst min Vst le volume de stérile enlevé en m3 ; et Tmin le tonnage du minerai extrait en ts. Or Vst Rd = ; T min Ainsi l’expression du tempérament devient : Rd Vst 1 min min Te = + = + = + T d T d T Vst T V T min min. min min min min 1 Te = + On retient donc que Rd d min Avec dmin , la densité du minerai I.3.4 Distance standard La plupart des mines à ciel ouvert évacuent leurs produits par un système pelle benne ou chargeuses bennes. Ce système est celui qui offre une grande souplesse et qui s’adapte aux conditions variées que peut connaître une exploitable à ciel ouvert. Ses avantages sont bien souvent décisifs car d’une manière générale, le transport constitue sur le plan économique, la plus grande partie du coût d’exploitation minière. Dans ce qui suit, nous allons nous limiter à la formulation de la distance standard, ce qui nous permettra d’avoir une base de comparaison des différentes conditions. I.3.4.1 Définition La distance standard représente une distance fictive qu’aurait effectué une benne à une vitesse moyenne hors carrière sur un plat horizontal pendant un temps égal à la moitié du temps de cycle sur un circuit réel.
  29. 29. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 27 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre On peut également la définir comme une mesure en carrière pour les distances parcourues par les bennes en contrôlant le rendement aussi bien de transport que celui des excavateurs des chantiers. I.3.4.2 But de la notion de la distance standard La notion de distance standard s’est imposée suite à certaines difficultés concernant : Les évacuations de la production La comparaison de deux chantiers différents ou de deux carrières ou de deux époques différents. Ainsi, il fallait un moyen conventionnel pour : Pouvoir uniformiser le transport dans les différents chantiers ou carrières Pouvoir prévoir les heures bennes nécessaires pour l’évacuation d’un cubage donné. Mieux planifier les travaux, les contrôler et les évaluer. La définition de la formule de distance standard, exprimée en m3/h est à la base de la base de la notion de la productivité exprimée en m3 km.st/h. La formule de distance standard tend à exprimer la réalité et elle doit faire l’objet d’une vérification fréquente pour couvrir les effets saisonniers et déceler les améliorations possibles telles que : Temps d’attente Temps de chargement Vitesse moyenne des camions ou bennes, etc I.3.4.3 Etablissement de la formule de distance standard Etant donnée la complexité du problème de transport et des aléas de la production, on va se limiter lors de l’établissement de la formule de distance standard aux facteurs essentiels suivants : Le type ou l’état mécanique du camion ou benne utilisé La composition du travail (incliné, horizontal)
  30. 30. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 28 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Le type de terrain (tendre ou abattu) Par ailleurs, on doit respecter les hypothèses suivantes : Les bennes roulent de la même façon (ce qui n’est vrai) L’état des trajets des chantiers est bon Le positionnement de la benne par rapport à l’excavateur est convenable Les opérateurs des excavateurs ainsi que les chauffeurs des bennes ont les mêmes habilités. a) Profil du trajet : chantier d’exploitation/remblai Figure 12. profil du trajet: chantier d'exploitation/ remblai A : fond de la carrière B et D : inclinés (8% à 10 %) C : Hors carrière E : remblai b) Temps de cycle benne Ce temps est défini par : T= Tv+Tf ; Avec : Tv : temps variable=Ta+Tr (Ta : temps aller (benne chargée) et Tr : temps retour (benne vide) et Tr : temps retour (benne vide) Tf : Temps fixe qui est défini par : Tf = tma + tatt + tc + tmc + td + t'mrg + t'mvt ; Avec : · tma : temps de manoeuvre sur chantier · Tatt : temps d’attente à la pelle · Tc : temps de chargement du camion
  31. 31. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 29 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre · Tmc : temps de manoeuvre de déversement sur remblai · Td : temps de déversement ou de déchargement · T’mrg : temps de ravitaillement en gasoil rapporté au temps de cycle de la benne sans attente à la pelle · T’mvt : temps de la visite d’une benne rapporté au temps de cycle de la benne sans attente à la pelle. c) Vitesse moyenne de la benne Connaissant la distance de chaque troncon parcouru par les bennes ainsi que le temps nécessaire pour parcourir cette distance(déterminer par…………………………………………………. 1. sur l’incliné : le temps ti pour parcourir la distance Di sur l’incliné à la vitesse Vi est donné par : Di ti = . La Vi Di Dst.i = ti.Vh = . distance standard sur l’incliné vaut : Vh Vi L’accroissement unitaire par rapport à la dénivellation Δv en prenant en considération la pente p exprimé en % e e = = 1 ' Vh I - est donné par : ( 1) Vi p p I Figure 13. Profil du trajet sur incliné = +e ' Dst Di Dv i I
  32. 32. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 30 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 2. Sur le remblai : sur le remblai, le temps pour parcourir la distance Dr à la vitesse Vr est donné par : Dr tr = . La Vr Dr Dst.r = . distance standard pour le remblai vaut : Vh Vr Vh Dr L’accroissement absolu D = - = ( -1) Vr Vh Dr Dr Vr R = D = Vh L’accroissement unitaire : -1 Vr R Dr r e . D’où Dst r Dr Dr r . = ¨+e 3. Hors carrière Le temps th pour parcourir la distance Dh hors carrière à la vitesse Vh est donné par : Dh th = . La distance standard Vh Dh Dst.h = = hors carrière vaut : Vh Dh Vh La distance standard vaut : Dst Df D Dr K f f I r = +e +e ' +e + Avec Df : distance horizontale au fond de la carrière dont la valeur ne peut excéder 200 m. on suppose que l’excédant est une bonne piste et la benne peut rouler à la vitesse Vh Dv : distance correspondant à la dénivellation entre le point de chargement et de déchargement Dr : la distance horizontale sur le remblai dont la valeur ne peut excéder 200 m. on suppose que l’excédant est une bonne piste et que la benne peut rouler à la vitesse Vh K : terme représentant une distance fictive correspondant au temps fixe Tf que l’on calcule par l’expression suivante : Tf .Vh K = . Le terme K est variable suivant : 2 o Le mode de chargement
  33. 33. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 31 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre o La nature des terrains chargés o D’autres facteurs tels que la pluie, le mauvais état de chantier ou du remblai, route glissante… Calcul du terme T’mrg Le temps moyen de ravitaillement en gasoil Tmrg se calcule par Trg Tmrg = . (s/h), l’expression suivante : n Hth Avec Trg : Temps de ravitaillement en seconde et n le nombre de fois que la benne passe au ravitaillement en une journée. Hth : heures théoriques de travail d’une benne par jour Le temps moyen de ravitaillement en gasoil T’mrg rapporté au temps de cycle en minutes de la benne sans attente à la pelle est calculé par l’expression suivante : ' = Dcy (s/cycle benne) Tmrg T mrg 60 Avec Dcy : durée du cycle de la benne sans attente à la pelle en minute. Calcul de T’mvt le temps moyen de visite d’une benne par heure se calcule par : T'mvt = n (s/cycle benne) Tvt Hth avec Tvt : temps de visite d’une benne en s n le nombre de visite par jour le temps moyen de la visite d’une benne T’mvt rapporté au temps de cycle de la benne en minutes sans attente de la benne à la pelle est calculé par l’expression suivante : ' = Dcy s/cycle benne Tmvt T mvt 60
  34. 34. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 32 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre I.3.4.4 Détermination de la distance standard d’une carrière Elle se détermine de la manière suivante : l’on détermine la distance de chaque trajet par l’application de la formule générale de la distance standard connaissant le cubage à transporter sur chaque trajet, on calcule pour ce dernier le m3 km.st on fait la sommation des m3 km.st de l’ensemble des trajets de la carrière pour une période bien déterminée. Enfin, on détermine la distance standard de la carrière en divisant le total de m3 km.st de la carrière par le cubage planifié durant une période bien déterminée (cela peut être un mois, un trimestre, un semestre, une année…) Nous avons la formule : m km st Dst i i Cp n i i 3 . Σ =1 = Avec : Dsti : la distance de la carrière en km.st n : le nombre de trajets de la carrière m3i : le cubage à transporter par trajet i km.st i : la distance standard du trajet i Cp : cubage planifié de la carrière pour une période déterminée. Remarque Dans les mines à ciel ouvert de la GCM, on utilise les formules suivantes pour le calcul de la distance standards : Dst = Dh +10Dv + 500m (Traction électrique) Dst = Dh + 5Dv +175m (Traction électrique) Dst = Dh +11,6Dv +1,455Dr + 0,35Df Nouvelle formule
  35. 35. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 33 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre A la Minière de Bakwanga (MIBA), on utilise les formules suivantes : Dst = Dh + 27,88Dv +1,21Df + 0,5Dr + K Avec K=1190 m (pour la pelle DEMAG) I.3.5 Séquences d’exploitation, avance et retard en découverture Il est très indispensable de représenter graphiquement la séquence d’exploitation par le lieu géométrique des points représentant les états de la carrière par lesquels l’évolution du profil s’appuie en se développant dans l’espace. A l’intérieur d’une même cavité minière, il existe une infinité de séquences d’exploitation tendant vers le profil résiduel (ultime). De ce fait, il est d’une importance capitale de choisir la meilleure évolution possible, c’est-à-dire la séquence d’exploitation rationnelle. L’ensemble des points d’un plan étant isomorphe, nous serions donc amenés à représenter un état de la carrière par un point du plan dont les composantes sont : · Le cubage total (stérile et minerai) circonscrit par un état de la carrière en ordonnée · Le tonnage de minerai circonscrit par cet état de la carrière en abscisses Comme il existe une infinité de profils ou séquences d’exploitation permettant d’extraire en y années x tonnes sèches de minerai, nous considérons par exemple deux carrières afin d’étudier l’avance et le retard en découverture.
  36. 36. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 34 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre CETI MAX Cubage total ( minerai-stérile) La première carrière qui extrait x tonnes sèches de minerai avec un minimum de cubage total et dont l’évolution est représentée sur la figure ci-dessus par la droite IR. Cette carrière est caractérisée par un tempérament partiel qui est la pente de la droite IR. La deuxième carrière qui extrait x tonnes sèches de minerai avec un grand cubage total (stérile et minerai) et dont l’évolution est représentée par la droite IA ; cette dernière est caractérisée par un tempérament partiel qui est la pente de la droite IA. L’évolution de la carrière suivant la droite IR se fait avec retard en découverture par rapport aux objectifs M et F. Tandis que l’évolution de la carrière suivant la droite IA se fait avec avance en découverture pour les même objectifs. Entre les points initial et final, il existe une infinité de séquences d’exploitation dont toutes les courbes représentatives aboutissent au même point final F.
  37. 37. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 35 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre L’enveloppe de toutes les courbes situées à droites et en bas de la droite IF est appelée courbe d’exploitation à tempérament instantané minimum (CETIMIN). Dans cette séquence d’exploitation théorique, on cherche donc à chaque moment tout au long de la vie de la carrière à effectuer un terrassement marginal à un taux de tempérament minimum. Il est évident qu’un projet d’exploitation d’une carrière ne peut être basé sur une CETIMIN. La zone en dessous de la CETIMIN est la zone d’épuisement des minerais découverts dans les limites du champ minier avec comme conséquence l’arrêt d’extraction des minerais tout venant. La zone entre la droite IF et la CETIMIN est une zone d’extraction excessive avec la constitution des remblais en minerai tout venant par dépassement dans la plupart des cas de la capacité de l’alimentation de l’usine de traitement. Financièrement parlant, la stratégie IR correspond à un investissement réduit à court et à moyen terme du fait que le prix des engins miniers à la disposition de l’exploitation (engins d’excavation, de chargement, de foration, de transport et de terrassement) est moins important dans l’évolution IA avant sa découverture. En ce qui concerne le long terme, un financement important est exigé et avec comme conséquence un suréquipement à la fin de la durée de la vie de la carrière (non amortissement complet des engins des engins). Cette stratégie ne met nullement l’exploitant à l’abri des impondérables pouvant surgir tout au long de la durée d’exploitation de la carrière. L’enveloppe de toutes les courbes en haut et à gauche de la droite IF est appelée courbe d’exploitation à tempérament instantané maximum (CETIMAX). Dans cette séquence d’exploitation théorique, on cherche donc à chaque moment tout au long de la vie de la carrière à effectuer un tempérament à un taux de découverture maximum. La zone entre la droite IF et la CETIMAX conduit à la
  38. 38. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 36 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre rupture des alimentations en minerai des remblais et des usines de traitement dans le cas d’une seule carrière. Tandis que la zone au-delà de la CETIMAX est une zone d’excavation excessive des stériles avec comme conséquence l’arrêt d’extraction des minerais tout venant. Ainsi donc, on doit prévoir une avance en découverture permettant : · De régulariser le cubage total annuel à déplacer · De se prémunir contre les événements imprévus · De ne pas modifier fréquemment la composition du parc de matériel en faisant varier chaque année les tempéraments avec comme conséquence le suréquipement au stade final de l’exploitation de la carrière. Enfin, on peut conclure que l’accumulation des retards en découverture et leur report à plus tard ne font que reporter à une période à venir tous les efforts et tous les investissements qu’il faudra répartir judicieusement dans le temps. I.3.6 Principales opérations technologiques Une entreprise autonome dans le cadre duquel se réalise l’exploitation à ciel ouvert porte le nom de carrière ou découverte ou mine à ciel ouvert. Dans l’ensemble des travaux miniers d’une carrière, on distingue quatre opérations technologiques principales : · L’abattage (avec ou sans explosifs selon la nature de la roche) · Le chargement des produits · Le transport · La constitution des terrils (ceux-ci peuvent être intérieurs ou extérieurs) ainsi que la constitution des remblais en minerai.
  39. 39. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 37 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Outre ces quatre opérations technologiques principales, nous pouvons aussi parler de l’exhaure, de la stabilité des talus et des travaux de terrassement. Pour les terrils extérieurs, on utilise les moyens de transport adaptés (bennes, locomotives et wagons). Dans les régions plates, on incline les voies en les installant sur les remblais dont la hauteur augmente progressivement, parfois on utilise le relief de la région (ravins, dépressions…). Les terrils intérieurs se font sans moyen de transport en jetant le stérile dans les vides crées par l’exploitation ; cette opération appelée transfert se fait par des pelles mécaniques et draglines de découverture, ponts de transfert et sauterelles. Qu’il soit intérieurs ou extérieurs, les terrils ont soit un seul ou soit plusieurs gradins pouvant s’étendre par déplacement soit parallèle, soit en éventail, soit en anneaux. Figure 14. Extension en parallèle Figure 15. Extension en éventail
  40. 40. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 38 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Figure 16. Extension en anneau En mines à ciel ouvert, il existe deux schémas types des quatre opérations technologiques selon qu’on se trouve dans les roches dures ou dans les tendres. 1. dans les roches dures Abattage Foration et minage Locomotive et wagons Camions convoyeur Stackers, sauterelle Charrues Bulldozers Concasseur · Excavateur à godet unique · Chargeuse frontale Chargement Transport Mise en terril constitution des remblais en minerai
  41. 41. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 39 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 2. dans les roches tendres Abattage et chargement Transport Locos wagons Excavateur à godets multiples · Sauterelles · Convoyeurs · Ponts de transfert Sauterelles Charrues Bulldozers Stackers ou Mise en terril constitution des remblais à minerais I.3.7 Dispache Excavateur à godet unique Camions I.3.7.1 Définition et rôles rembalyeur Monitors Pompage Le mot « dispatche » est un mot d’origine anglaise qui signifie expédition. Tandis que le dispatching est défini comme un centre de commande qui assure le trafic jouant un grand rôle dans l’exploitation. Tout dispatching minier a pour objectif d’utiliser au mieux les moyens de production. Dans une mine à ciel ouvert, le dispatche doit permettre de o faire respecter le programme de production par une répartition intelligente du matériel (moyens de production) o faire ressortir les causes de chômage et toutes sortes d’anomalies en vue d’améliorer le taux d’utilisation des engins Le dispatche a comme rôle : o assurer la gestion des engins d’exploitation (pelles, chargeuses frontales, scraper à roues, sondeuses,
  42. 42. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 40 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre bulldozer, niveleuses ou graders, des camions-bennes, des convoyeurs à bandes, des locomotives…) et du personnel (situation des chauffeurs, des conducteurs des engins miniers, des opérateurs pelles). Le dispatche permet également de constituer un pont entre les différents services de maintenance (suivie des pannes et réorganisation de la planification). o Contrôler les entrées des engins miniers sur le chantier, ainsi que leurs sorties vis-à-vis de la maintenance o Régulariser les alimentations des usines de traitement (laverie, concentrateur…) sur base des teneurs renseignées sur différents remblais en minerais ou différents fronts d’attaque. o Planifier la production selon les objectifs à atteindre (organisation des chantiers sur base des performances des engins d’exploitation, exploitation selon les priorités fixées…) o Pour mieux utiliser les moyens de production dans une mine à ciel ouvert, le dispatche peut englober en son sein des services suivants : o Affectation des engins miniers ainsi que leur suivie o Voie fixe (pose des rails et entretien des voies ferrées) o Transport du personnel o Ravitaillement en carburant de chaque type d’engin o Reprise des remblais en minerais o Service de transport par courroie I.3.7.2 Différents types de dispatche A. Dispatche non informatisé : il s’agit du dispatche non assisté par ordinateur. Pour arriver à coordonner les différents services, le dispatche est muni de radios sous
  43. 43. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 41 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre différentes fréquences qui établissent une communication continue entre les différents opérateurs. Lors de l’utilisation du dispatche non informatisé, il a été mis en évidence les faits suivants : A. des informations transmises dans le système sont souvent : o peu fiables o fausses ou partielles o discontinues o sujettes à des rectifications impossibles o dépendantes de l’humeur et du niveau intellectuel de l’agent émetteur (dispacheur, conducteur benne, opérateur pelle…) B. le travail s’effectue avec beaucoup d’incertitudes et une décision à prendre est difficilement justifiée C. l’intervention des exploitants sur chantier est tardive en cas de chute de rendement D. l’erreur dans le calcul du rendement et les heures d’utilisation des engins sur chantier et leur mise en disposition B. Dispatche informatisé : la conception du système informatisé sera basée autour de trois modèles distincts : 1. modèle semi automatique : il s’agit d’un système dont les données à informatiser, essentiellement les voyages bennes ou voyages locomotives sont introduites à l’ordinateur par le dispacheur via communication radios. Le traitement se fera automatiquement par l’ordinateur qui, en retour,
  44. 44. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 42 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre calcule, analyse, décide l’affectation de l’unité de transport(benne, locomotive et wagons…) à l’excavateur et en cas d’anomalie, l’ordinateur renvoie des messages appropriés qui permettent au dispacheur de réorganiser le dispatching. Ce système ne permet pas d’identifier et localiser les unités de transport. L’équipement minimum comprend : a. mini ordinateur b. terminal à chaque sortie des carrières c. poteau télé indicateur. i. Le principe de fonctionnement est le suivant : à la sortie de la carrière se trouve un dispacheur qui signale le mouvement des unités de transport à l’ordinateur installé au dispatche à l’aide des touches d’un terminal. Quand une benne chargée quitte la carrière vers un remblai en minerai ou stérile, au retour le chauffeur benne lira à l’entrée de la carrière sur un poteau télé indicateur sa nouvelle affectation. L’inconvénient du système est que l’information reçue au dispatche n’est pas toujours fiable. L’avantage est que l’affectation des bennes est optimisée. 2. Modèle semi-automatique amélioré : ce système est basé autour d’un micro-ordinateur et des systèmes de transmission montés sur les bennes, les données sont fournies directement à l’ordinateur par le système de transmission monté sur les bennes en passant par une station relais compte tenu de la configuration de la ou des carrières. Les données transmises à l’ordinateur sont
  45. 45. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 43 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre traitées automatiquement. En cas d’anomalie, l’ordinateur informe le dispacheur qui, par le moyen manuel (radios, phonie) informe le chauffeur de la benne. La circulation des informations sera automatique entre les unités de transport et l’unité de traitement, par contre les décisions seront données manuellement. 3. Modèle full automatique 1) Objectif du modèle : il s’agit de l’intégration totale de toutes les opérations de dispatching et surtout des opérations minières liées à l’exploitation. Un procédé automatique s’avère une nécessité surtout dans le cas de plusieurs carrières étant donné que le nombre d’unités de transport et d’excavateurs mis en exploitation amène un débit de message radios tel qu’il est impossible au dispacheur d’informer l’ordinateur rapidement de nouvelles situations. D’où ce dernier n’aura donc pas choisi la solution optimale. Le système full automatique reste donc un système idéal pour les opérations complexes de grandes carrières. A part l’objectif principal de tout dispache d’utiliser au mieux les moyens de production, le dispatche full automatique vise la maximisation de la production par optimisation des affectations des bennes sur différents chantiers, d’où l’augmentation du taux d’utilisation des bennes. Cette augmentation est tributaire : 1) de l’utilisation des engins de transport ayant plus ou moins la même capacité de transport (standardisation de la flotte des bennes) 2) du matériel de localisation automatique des engins de transport 3) du nombre de pistes assez grand pour permettre une optimisation aisée des affectations des bennes. La répartition convenable des engins de transports fera
  46. 46. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 44 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre accroître la production journalière et, partant la production annuelle. On peut arriver à cette amélioration par : o la diminution des temps d’attente o la répartition optimale des unités de transport o les services constants des engins o la réorganisation rapide des chantiers en cas d’incident 2) Principe du modèle full automatique : dans ce modèle, toutes les opérations sont conduites automatiquement : 1) les données sont transmises directement à l’ordinateur par système informatique (capteur et convertisseur) monté sur les engins 2) l’unité de traitement analyse les données et prend immédiatement les décisions qui sont alors transmises à l’engin suivant le même processus 3) les messages à fournir aux conducteurs des engins seront soient affichés sur les écrans lumineux, soient par synthèse vocal traduit directement en messages vocaux. Ce système est plus rationnel mais le plus coûteux 3) Grandes subdivisions du dispatche informatisé full automatique : ce type de dispatche est subdivisé en trois grandes parties : 1) une localisation et une identification automatique des engins de transport (bennes et pelles essentiellement) 2) une communication par radio, station relais et signaux codés entre le dispatche et les différents opérateurs
  47. 47. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 45 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 3) un ordinateur qui, ayant reçu des informations en temps réel, calcule, analyse et optimise l’affectation des unités de transport. L’ordinateur fait intervenir des facteurs tels que les disponibilités des engins et les états des pistes 4) Equipement minimum requis pour le dispatche informatisé full automatique : Nous citons uniquement les composants du système en montrant leurs fonctions respectives : 1. Ordinateur : il est placé au dispatche. Il calcule et décide sur base d’un programme préétabli, adapté aux besoins et aux caractères particuliers de la carrière. 2. Périphériques : ce sont des équipements installés à la tour de contrôle et reliés à l’ordinateur par câbles téléphériques (aériens) ou souterraines. Ces périphériques consistent essentiellement en trois écrans : · un écran où le dispacheur surveille les déplacements des bennes matérialisés par des points lumineux, colorés et codés · un deuxième écran où le dispacheur fait appel pour des renseignements tels que : o production horaire des chantiers o consommation en carburants o rendement des pelles et bennes. Dans tous les cas, c’est le computer qui établit les décisions liées à des renseignements en temps réels à base desquels les bennes se déplacent · un troisième écran où est affiché le journal des décisions du dispacheur
  48. 48. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 46 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 3. Microprocesseurs : ils sont installés au broyage, dans les bennes, dans les pelles, dans les balises, au dispatche. Ils facilitent la liaison entre computer et système radios 4. Radios : ils sont placés dans les cabines des bennes, des pelles et à l’usine de traitement. Ces derniers sont munis en plus de microprocesseurs, des consols et écrans qui facilitent la transmission et la réception des instructions. Une antenne réceptrice placée à un point culminant facilite la transmission des signaux 5. Balises Beacon : ce sont des appareils placés aux endroits stratégiques tels qu’à la pelle, à l’entrée de l’usine de traitement, le long des routes… Leur rayon d’action varie entre 25 et 50 m. Comme rôle, chaque balise de courant faible émet une onde de rayon d’action faible (50 m) (des codes spécifiques de façon périodique) lorsque une benne passe dans le voisinage immédiat. Cette dernière capte l’onde et transmet un signal bien particulier que l’ordinateur localise via l’antenne réceptrice. C’est ainsi que se passe la localisation et l’identification des engins en déplacement. 5) Avantages du système informatisé full automatique : 1) Optimisation des affectations des bennes 2) Minimisation des attentes bennes 3) Baisse de chômage des camions-bennes 4) Réduction de la main d’oeuvre au dispatche 5) Augmentation de rendement des bennes car le cycle de la benne devra satisfaire les besoins de deux pelles ou plus, en minimisant les trajets à vide 6) Informations transmises au dispatche sont exactes, car elles ne sont nullement influencées par l’humeur des travailleurs
  49. 49. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 47 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 7) Par son principe de fonctionnement, le dispatche informatisé full automatique permet de réduire le nombre de bennes calculé en théorie 6) Inconvénients du système informatisé full automatique 1) Le coût d’acquisition des matériels est élevé 2) Difficulté de transmission des ondes par suite de leurs interférences. Ces dernières pouvant aboutir à la destruction du message émis par les balises 3) Adaptation relativement difficile aux mauvaises conditions de transport sur piste
  50. 50. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 48 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre CHAP II PREPARATION DU CHAMP MINIER II.1 Généralités Dans l’ensemble des travaux préparatoires précédents l’ouverture et l’exploitation à ciel ouvert, on distingue les étapes suivantes : II.1.1 Première étape Elle consiste à l’enlèvement de tous les obstacles aussi bien du genre naturel qu’artificiel qui s’opposent à l’exécution des travaux miniers dans l’enceinte ou dans le champ de l’exploitation à ciel ouvert. Il s’agit : · De l’assèchement des marécages et du détournement des cours d’eau · De l’enlèvement ou déplacement des bâtiments industriels · Du transfert des routes principales, des voies ferrées… · Du nivelage de la surface du sol… Certains travaux posent des problèmes extrêmement sérieux tels que : · Détournement des cours d’eau · Déplacement des installations industrielles · Transfert des voies ferrées et des routes principales II.1.2 deuxième étape Elle consiste à l’assèchement du champ minier de la mine à ciel ouvert ou de la carrière et la prise des mesures contre les venues d’eaux météoriques et souterraines. On distingue d’une part l’assèchement préalable du champ minier devançant l’ouverture d’une mine à ciel ouvert sur une période
  51. 51. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 49 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre de deux à trois ans, et d’autre part le drainage courant destiné à évacuer les eaux de surface et souterraines durant l’exploitation proprement dite. Les travaux de la deuxième étape exigent souvent la réalisation des forages de reconnaissance, des tranchées drainant, des drains horizontaux, des tunnels d’évacuation et quelques fois un réseau de galeries souterraines sous le gisement. L’assèchement préalable, aussi bien que le drainage courant peuvent être réalisés de manière tout à fait différente, ce qui dépeint des conditions telles que : · La profondeur et le nombre de nappes aquifères dans les régions exploitées · L’intensité de l’écoulement naturel des eaux filtrantes des formations aquifères · Du relief du terrain II.2 Problèmes de l’exhaure en mines à ciel ouvert II.2.1 Généralités 1) Définition de l’exhaure : l’exhaure ou l’épuisement des eaux d’une mine à ciel ouvert ou souterraine est l’action de refouler vers la surface les eaux d’infiltration et souterraines retenues dans les roches et mises en évidence au cours d’exécution des travaux d’exploitation, ainsi que la totalité des mesures préventives et passives de protection contre les noyades de la mine. 2) Objectifs d’emploi d’un système d’exhaure : l’emploi d’un système d’exhaure a pour objectifs : a. Exploiter le plus possible dans le sec pour des raisons suivantes :
  52. 52. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 50 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre i. Les engins miniers sont conçus pour la portance dans les roches plastiques et sèches ii. Pour la tenue des pistes et la traction des engins de transport sur roue b. Stabiliser le talus des gradins par des moyens suivants : i. Soit en dégonflant les pressions interstitielles qui provoquent des éboulements se déclenchant subitement sans avertissement ii. Soit en employant l’une des méthodes de drainage (puisard, tranchées drainant, fossés d’écoulement, des drains horizontaux, puits filtrants et galeries souterraines de drainage) choisies selon des venues d’eau. 3) eaux interférant avec l’exploitation de carrière et leur système d’évacuation a) Eaux de pluie Aux alentours de la carrière, un système de tranchées drainant devra intercepter les eaux ruissellent vers la carrière. Faisons remarquer que le coefficient de ruissellement égale l’unité pour les aires exploitées (remblais, routes…), tandis que il vaut 20 % pour les aires avec végétations. A l’intérieur de la carrière, un système de drainage de la surface libre (fossés d’écoulement) conduisant les eaux vers le puisard devra être capable d’absorber une averse d’au moins 60 mm suivie de six jours relativement secs. Ce qui est nécessaire est de connaître la quantité totale d’eau de pluie à évacuer durant la saison de pluie. Les exploitants peuvent dimensionner le puisard et faire le choix sur le type de pompe à installer. Le volume d’eau à évacuer peut être calculé par les formules suivantes : V = S.He (m3/an) ; avec :
  53. 53. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 51 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre · V : le volume d’eau à évacuer annuellement en m3/an · S : la superficie du bassin versant dans le champ minier en m2 · He : la pluviométrie annuelle ou hauteur moyenne d’eau de pluie tombée annuellement en m/an Faisons remarquer que 40 cl d’eau recueillis correspond à 10 mm de pluie tombée b) Eaux des lacs et cours d’eau Si les eaux des lacs et des cours d’eau se trouvent à proximité de la carrière et si les roches et/ou le sol entre ces lacs et cours d’eau et la carrière sont perméables, il y aura infiltration directe vers la carrière. On peut apporter une solution à cette situation · Soit en détournant le cours d’eau · Soit en déplaçant le lac · Soit en revêtant leur fond · Soit en vidant les cours d’eau Si les lacs et les cours d’eau sont éloignés de la carrière sur une nappe phréatique ou sur une couche perméable débouchant dans cette dernière, il réalimentent la nappe phréatique au fur et à mesure que celle-ci se décharge dans la carrière. On palie à cette situation en implantant un système de pompage par puits filtrant à l’extérieur du champ minier. c) les eaux souterraines Elles se trouvent sous deux conditions : 1. soit des poches enfermées dans les formations imperméables (roches granuleuses, sableuses et isolées). Il s’agit d’eaux fossiles. Ces poches sont percées soit par le trafic des unités de transport qui passe dessus, soit par le godet de l’excavateur lors de l’excavation. Cette eau devra être évacuée par le système de drainage de la surface des mines à ciel ouvert et des carrières
  54. 54. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 52 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 2. soit la porosité des roches et des réseaux des failles et des cassures en communication avec la carrière, facilitant les venues d’eau dans la carrière avec divers réservoirs aquifères. Il faudra intercepter cette eau par un système de forage de reconnaissance et de puits filtrants avant qu’elles ne débouchent dans la carrière, ce qui n’est pas toujours facile. II.2.3 Drainage à la surface Lorsque la nappe aquifère se trouve à faible profondeur, environ 10 m), l’exhaure peut se faire comme suit : on creuse généralement les tranchées drainant afin d’éviter les venues d’eau météorique et de protéger en même temps le champ minier de la carrière contre la pénétration des eaux souterraines. On choisit l’emplacement des tranchées de façon à environner la carrière de trois côtés. L’évacuation des eaux en dehors de la carrière se fait par gravité au moyen d’une pente convenable de la tranchée drainant. En ce qui concerne les puits filtrant, pour autant que la nappe phréatique ne se trouvent pas à une profondeur supérieure à 7 ou 8 m sous le niveau où les pompes peuvent être installées, on peut 1. soit utiliser un grand nombre de trous de petit diamètre appelés wills, points foncés par injection, branchés sur une batterie de pompe aspirante.
  55. 55. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 53 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 2. soit utiliser un petit nombre de trous de grand diamètre au fond desquels sont placés des pompes immergées refoulantes. Lorsque le niveau hydrostatique se trouve à une grande profondeur (plus de 100 m), il faut garantir la stabilité des talus d’exploitation en faisant descendre le niveau hydrostatique en dessous du niveau d’exploitation le plus profond. L’abaissement nécessaire se fait actuellement dans les mines à ciel ouvert profonds par des puits filtrants ( diamètre variant de 2 à 2,5 m) qui peuvent atteindre 500 m de profondeur et à l’intérieur desquels sont placés des pompes immergées dont les débits atteignent 15 à 32 m3 par minutes. C’est le cas des mines de lignite de Rhénanie (Allemagne) qui suite à l’approfondissement, la quantité d’eau exhaurée est passée de 15 m3/tonne alors qu’au début de leur exploitation, il fallait seulement exhaurée 1 m3 / tonne de lignite. Les puits filtrants peuvent être installés soit à l’intérieur du champ minier, soit à l’extérieur le long du contour du champ minier sur une ou plusieurs rangées. L’écartement entre les rangées dépend généralement des caractères hydrogéologiques et du degré d’assèchement. Sur la figure ci-dessous, nous donnons la disposition des trous filtrants pour le rabattement de la nappe aquifère dans une exploitation à ciel ouvert. Figure 17. Rabattement de la nappa aquifère en exploitation en ciel ouvert
  56. 56. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 54 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre · 1 : sens de la progression d’abattage · 2 : niveau de la nappe aquifère avant l’exploitation · 3 : niveau d’eau dans les puits filtrants · 4 : pompes immergées · 5 : niveau de la nappe rabattue · 6 : puits filtrants forés à partir des niveaux des différents gradins · 7 : puits filtrants en avant d’exploitation On remarque que les pompes immergées sont suspendues à des profondeurs croissantes à mesure de rabattement qui suit le fond des gradins en maintenant toujours une hauteur de sécurité./*/*/ Finalement, le fonctionnement des pompes placées dans le puits filtrant contribue au rabattement de la nappe aquifère. Le puits filtrant implanté à l’intérieur du champ minier au fur et à mesure de l’avancement et de l’approfondissement de la carrière présente les avantages suivants : 1. suivant le pendage du gisement et la structure du fond (perméable ou non), les forages pour puits filtrant intérieur sont relativement peu profond 2. la solution implique moins de risques d’une grosse erreur si on ne connaît que mal le contexte hydrogéologique de la carrière 3. la capacité de pompage à installer est éventuellement moindre Par contre, cette solution a comme inconvénients : 1. infrastructure complexe et chère (tous les forages pour puits filtrants ne peuvent être réalisés en même temps) 2. il faut ménager un accès à l’endroit prévu pour l’implantation du puits, ce qui augmente le cubage des stériles à excaver
  57. 57. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 55 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre Les puits filtrants implanté à l’extérieur du champ minier présente les avantages suivants : 1. infrastructure simplifiée 2. Réserves importantes des rabattements de la nappe phréatique permettant d’assurer d’extraction des réserves normatives des minerais durant une période assez longue tout en préparant de nouveaux fronts d’exploitations 3. soulagement réciproque lorsque plusieurs carrières sont à excaver dans la même nappe phréatique l’une à proximité de l’autre (nappe phréatique d’une étendue infinie et réalimentable) 4. effet optimum sur la stabilité des gradins, donc éventuellement la réduction du cubage à excaver et écoulement dangereux Par contre ces puits filtrants ont comme inconvénients : 1. La capacité de pompage à installer supérieure à la disposition des puits filtrants implantés à l’intérieur du champ minier 2. les forages pour puits filtrants sont plus profonds, donc plus coûteux. Le choix du type de pompe peut être guidé, à part le débit de la pompe et ses courbes caractéristiques, par certains critères tels que : · la difficulté lors de la pose et la dépose (la durée de l’opération, le type d’engins de manutention… · les problématiques du point de vue alimentation électrique et démarrage si l’installation n’est pas fixe · la sensibilité au minage · le déficit de pompage (en %) en cas d’une panne de l’une des pompes immergées dans le puits filtrants
  58. 58. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 56 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre D’autres part pour établir le talus, on utilise des drains horizontaux qui sont des sondages creusés dans les talus avec une certaine pente pour canaliser les eaux des talus vers les puisards de la carrière. II.2.3 Drainage souterrain Lorsque la venue d’eau est normale, l’eau s’infiltre dans les galeries souterraines sous forme de gouttes séparées ou de filets plus ou moins importants et est ensuite dirigée vers les caniveaux, vers les puisards (décanteurs) situés à proximité du puits d’écoulements ou vers l’orifice de la galerie au jour. Finalement l’eau est pompée soit dans les puits d’écoulement, soit par la pompe sur le radeau dans les puisards de la carrière. Pour augmenter l’efficacité du drainage souterrain, on procède souvent à l’assèchement des formations aquifères situées à proximité des galeries de drainage. Schéma de drainage souterrain Puits d’électricité Décanteur Gisement Puisard Galerie au jour Galerie de drainage souterrain Figure 18. Schéma de drainage souterrain
  59. 59. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 57 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 1. Importance du drainage souterrain : le creusement d’un réseau de galeries souterraines de drainage a l’avantage de servir aux travaux de reconnaissance supplémentaires. Ce qui est d’une grande importance notamment dans le cas d’une configuration compliquée du gisement. Son inconvénient réside dans l’accroissement considérable des investissements 2. Moyens utilisés pour rendre le drainage souterrain efficace : pour augmenter l’efficacité de drainage souterrain, on procède souvent à l’assèchement des formations aquifères situées à proximité des galeries de drainage. Dans ce but, on utilise des moyens supplémentaires suivants : a. Utilisations des filtres : on distingue deux méthodes d’utilisation des filtres spéciaux visant à assurer le drainage et portant le nom de filtrage ouvert i. Dans la première méthode, il s’agit des filtres enfouis que l’on fixe dans les trous forés à partir d’une galerie de drainage en montant ou faiblement inclinée. Chaque filtre représente un complexe de tubes perforés dont la longueur ne dépasse pas 15 m et le diamètre varie entre 65 à 100 mm. Leur débit horaire est de l’ordre de 55 à 70 m3 ii. Dans la seconde méthode, il consiste à creuser des puits filtrants profonds à travers toutes les formations aquifères à partir de la surface du sol jusqu’à la hauteur des trous où sont installés des filtres enfouis. Le creusement se fait d’une façon générale décrite brièvement ci-dessus. La différence consiste dans le mode d’évacuation des eaux souterraines dont l’écoulement jusqu’aux galeries de drainage se fait par gravité sans recourir au système de pompage. On utilise cette méthode de drainage là où les
  60. 60. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 58 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre formations aquifères se trouvent à grande hauteur au dessus des galeries de drainage. b. Utilisation des pompes ordinaires : lorsque les eaux souterraines se trouvent à faible profondeur dans les roches sus-jacentes des galeries de drainage, elles peuvent être évacuées par les pompes ordinaires dont les clapets sont placés dans les puits de drainage boisés peu profond. La section transversale d’un tel puits de drainage est de 3 m2. La distance entre les puits voisins dans une galerie de drainage peut atteindre 100 à 150 m. II.2.4 Drainage mixte Dans les conditions hydrogéologiques difficiles, on utilise une méthode de drainage qui représente un complexe de puits filtrants avec ou sans pompage, de galeries souterraines de drainage accompagnés soit des filtres spéciaux, soit des pompes ordinaires des puits d’écoulements. II.2.5 Surveillance du sol Lorsque les mines à ciel ouvert sont profondes, l’influence du rabattement de la nappe aquifère se fait sentir à très grande distance de l’exploitation, 15 km et plus. Il est donc indispensable d’effectuer régulièrement des mesures de nivellement pour suivre l’affaissement éventuel du sol, des maisons et des monuments dans les zones qui peuvent être affectées. Les puits de captage d’eau utilisés éventuellement par les habitants de la région devront faire l’objet d’une attention particulière. Leur tarissement nécessitera peut être un approvisionnement en eau d’appoint de la part de la société pendant la durée d’exploitation.
  61. 61. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 59 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre CHAP III ACCES AU GISEMENT III.1 Généralités A ciel ouvert, l’une des formes principales d’excavation est la tranchée. La tranchée quelconque est un ouvrage de section trapézoïdale limitée par ses parois inclinées et à sa partie inférieure par son front. La longueur de la tranchée est plus importante que sa profondeur et sa largeur. Dans le plan, l’axe longitudinal d’une tranchée est appelée trace et peut se présenter sous forme d’une droite ou d’une courbe de rayon déterminé dont la longueur dépend des moyens de transport utilisés. Le choix du procédé de creusement des tranchées dépend : · Des dimensions de la section transversale des tranchées · Du relief de la région · De la possibilité de placer des déblais (morts terrains) excavés lors du creusement des tranchées sur les bords de ces derniers · Du type et des caractéristiques des excavateurs utilisés Suivant la position du fond, on distingue : · Des tranchées inclinées (tranchées d’accès ou tranchées principales) · Des tranchées horizontales ou tranchées de découpage a) Tranchées inclinés ou tranchées principales : ces tranchées sont des ouvrages de section trapézoïdale et ont un profil longitudinal et transversal particulier. Elles donnent accès au gisement, permettent d’obtenir le front unilatéral de travail et assurent le transport des produits. Elles se conservent longtemps ou pendant toute la durée d’exploitation et peuvent être soit en dehors, soit à l’intérieur du champ minier. Si elles sont destinées au transport par engins à roues, on les appelle les tranchées d’accès, leur pente moyenne est généralement
  62. 62. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 60 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre inférieure à 10 %. Lorsqu’elles sont destinées à l’installation d’élévateur (skips ou convoyeurs), leur pente est forte et on les appelle alors tranchée ou pente raide. Les tranchées d’accès sont des prolongements des gradins des tranchées principales. 1. tranchées extérieurs : ces tranchées ont un volume plus grand que celui des tranchées intérieures. C’est pourquoi on les emploie pour la découverture du champ d’exploitation profond. Elles sont creusées à partir de la surface du sol en dehors du champ de la carrière jusqu’à la limite de ce dernier au niveau de la plate-forme de travail de l’horizon auquel elle donne accès. 2. tranchées intérieures : elles sont employées pour la découverture des champs d’exploitation plus profonds. Elles sont creusées suivant la limite de la carrière à partir de la surface du sol ou à partir de l’horizon précédemment découvert jusqu’au niveau de la plate forme de travail de l’horizon auquel elle donne accès. Elles sont généralement disposées sur les bords inexploités de la carrière. Lorsque le transport des produits abattus se réalise par des convoyeurs à bandes ou des skips, on creuse sur les bords inexploités de la carrière des tranchées intérieures d’un pendage correspondant à la pente maximale des moyens de transport utilisés. Ces tranchées sont
  63. 63. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 61 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre creusées perpendiculairement au talus ou en diagonal. Figure 19. Tranchées perpendiculaires au talus Figure 20. Tranchées en diagonale b) Tranchées horizontales ou tranchées de découpage : lorsqu’on commence l’exploitation du gradin, l’une ou les deux parois des tranchées d’accès sont abattues et ces dernières cessent d’exister en tant que tranchées d’accès pour devenir des tranchées horizontales ou de découpage. Les tranchées de découpage préparent le champ de la carrière à l’exploitation. Leur creusement se fait sur la limite du champ minier à la cote finale des tranchées d’accès, soit dans les stériles, soit dans le minerai. Après l’achèvement des tranchées de découpage, on utilise les divers engins miniers (sondeuses, excavateurs, camions…) au moyen desquels on réalise l’élargissement de la
  64. 64. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 62 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre zone de travail. L’ensemble des tranchées principales et des tranchées de découpage permet d’assurer finalement la découverture et l’exploitation du gisement. III.2 Différents schémas d’accès dans une mine à ciel ouvert Dans la plupart des mines à ciel ouvert, l’accès au gisement est assuré par le creusement des tranchées ou inclinées pouvant être soit extérieures, soit intérieures. M. E. CHECKO a classifié les schémas d’accès en quatre groupes suivants : 1. Accès au gisement par tranchées principales séparées, c'est-à- dire que chaque gradin est découvert par une tranchée indépendante 2. Accès au gisement par tranchées principales communes, c'est-à-dire que tous les gradins sont découverts par un seul système de tranchées dépendantes
  65. 65. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 63 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre 3. Accès au gisement par tranchées principales groupées, c'est-à- dire que des groupes de gradins successifs sont découverts par des tranchées dépendantes ou bien différents groupes de gradins sont découverts de manière indépendante 4. Accès au gisement par tranchées principales couplées, c'est-à- dire le premier, le second et le troisième procédé avec emploi de deux tranchées pour découvrir chacun plusieurs ou tous les gradins de la carrière II.2.1 schémas d’accès par tranchées extérieures a) Tranchées extérieures séparées : ce schéma est utilisé lors de l’exploitation des gisements subhorizontaux ou en plateure situés à une faible profondeur.
  66. 66. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 64 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre b) Tranchées extérieures communes : ces tranchées permettent d’accéder tous les gradins de la carrière d’une manière dépendante. Dans ce cas, les travaux miniers diminuent par rapport au précédent. C’est ce qui donne la possibilité d’augmenter le nombre des gradins en exploitation sans investissements supplémentaires. Le domaine d’application est généralement le même que dans le cas précèdent mais avec une profondeur un peu plus grand de 40 à 50m. c) Tranchées extérieures groupées : le schéma des tranchées extérieures groupées est utilisé lors de l’exploitation des gisements horizontaux ou faiblement inclinés dont la profondeur peut atteindre 60 à 80 m.
  67. 67. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 65 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre B’ (0,0) -h1 A’ A B -(h1+h2+h3+h4) -(h1+h2+h3) -(h1+h2) Suivant AA’ (0,0) -h1 -h2 -h3 -h4 Suivant BB’ (0,0) -h1 -h2 -h3 -h4 d) Tranchées extérieures couplés : Le schéma des extérieures couplés est utilisé lors de l’exploitation des gisements subhorizontaux dont l’épaisseur des morts terrains est assez grande et dépasse sensiblement celle de
  68. 68. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 66 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre la couche minéralisée. Dans ce cas, on creuse toujours deux tranchées communes ou séparées pour accéder aux gradins de la carrière. B’ (0,0) -(h1+h2) A’ A B -h1 Suivant AA’ (0,0) Suivant BB’’ (0,0) -h1 -h1 -h2 -h2 III.2.2 Schéma d’accès par tranchées intérieures Les tranchées principales intérieures sont généralement situées sur les bords inexploités de la carrière pour permettre une circulation facile des moyens de transport. Quelques fois, on les place aussi sur le bord de travail de la carrière. Dans ce cas, les routes qui y sont placées doivent périodiquement être déplacées au fur et à mesure du recul du bord, cela entraîne évidemment une augmentation des frais d’exploitation et
  69. 69. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 67 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre présente certaines difficultés aussi bien pour le régime de circulation des unités de transport que pour le travail des excavateurs. a) Tranchées intérieures séparées : chaque gradin est accédé par une tranchée indépendante, cela facilite l’organisation des travaux miniers et l’emploi rationnel des moyens de transport divers (camions, locomotives et wagons, bande transporteuse). En contre partie, les investissements destinés aux travaux capitaux sont importants ou considérables. Le schéma est applicable aux gisements puissants semi dressants et dressants dont la profondeur ne dépasse pas 100 m. b) Tranchées intérieures communes : on distingue pour ce cas quatre d’accès : i. Schéma par tranchée intérieure commune droite : pour ce schéma, la tranchée intérieure commune se trouve sur les bords inexploités de la carrière. Dans ce cas, une seule tranchée inclinée permet d’accéder à tous les gradins de la carrière. Ce schéma est applicable aux gisements dressants et semi dressants dont la
  70. 70. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 68 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre profondeur ne dépasse pas 100 mais avec des investissements un peu plus faibles que dans le cas des tranchées intérieures séparées. En contre partie, le schéma demande une étendue du gisement plus grand par rapport au schéma précédent. On emploie également ce schéma lorsque le pendage du gisement ne dépasse pas 30 ° et que les moyens de transport utilisés sont des camions et engins dérivés des camions (remorques) ii. Schéma par tranchée inclinée commune avec une plate forme : il s’agit d’un schéma d’accès par tranchée inclinée commune ayant une plate forme sous forme d’une bouche dans le but chargement de direction à l’intérieur de la carrière. Cette plate forme artificielle est destinée aux manoeuvres des moyens de transport utilisés. En effet, dans le cas des gisements de pendage supérieur à 30, il existe une version spéciale de la tranchée principale comporte deux tronçons inclinés avec chargement de direction principale de transport sur une plate forme circulaire. Ce schéma est assez simple car l’approfondissement de la carrière se réalise sans reconstruction
  71. 71. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 69 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre coûteuse des tranchées principales. L’inconvénient majeur est l’augmentation considérable des dépenses destinées à la constitution de la plate forme artificielle. iii. Schéma d’accès par tranchée intérieur commune en cul de sac Il s’agit d’une tranchée qui comprend plusieurs tronçon inclinés et horizontaux alternés successivement et qui sont placés à l’intérieur du champs minier ou de la carrière. L’approfondissement d’une tranchée et accompagné de changement de sa direction pour chaque tronçon incliné. Ceci permet d’assurer la pente suffisante à la tranchée d’accès sans augmentation de la longueur d’excavation. La tranchée est placée sur le bord inexploité de la carrière et on applique ce schéma aux gisements semi dressants et dressants puissants de n’importe quelle profondeur.
  72. 72. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 70 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre iv. Schéma d’accès par tranchée intérieure commune en spirale : chaque fois qu’on attaque un nouveau gradin, on entreprend de prolonger la tranchée principale avec une pente descendante satisfaisante pour la circulation facile des moyens de transport adaptés. Le développement des travaux d’exploitation s’effectue en éventail en gênant aussi l’extraction simultanée de plusieurs gradins. Ainsi, pour découvrir un nouveau gradin en contre bas, on doit extraire presque complètement le gradin précédent. Pratiquement, ce schéma est applicable aux gisements semi dressant et dressants d’une grande profondeur sous condition que la configuration de gisement en plan soit plus ou moins ronde tandis que la surface horizontale soit vaste.
  73. 73. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 71 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre v. Tranchées intérieures couplées : a. le schéma représente un ensemble des tranchées de n’importe quelle configuration (droite, spirale, en cul de sac). Ces tranchées sont destinées à découvrir tous les gradins de la carrière de manière à posséder toujours deux voies de transport au niveau de chaque gradin (l’une pour le transport des bennes vides, l’autre pour les bennes chargées) b. schéma d’accès par tranchée intérieure couplée droite : cette version est employée lors de l’exploitation des gisements subhorizontaux ou en plateure. c. schéma d’accès par tranchée intérieure couplée en spirale : cette version est employée dans les carrières profondes avec transport par camions.
  74. 74. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 72 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre vi. tranchées intérieures groupées : les schémas d’accès par tranchées intérieures groupées se réalisent généralement au moyen de creusement des groupes indépendants des tranchées communes droites. Chaque groupe des tranchées est destiné à l’accès de deux ou plusieurs gradins. Les schémas sont généralement employés lors de l’exploitation des gisements en plateure puissants ou très puissants. On emploie différents engins de transport pour le minerai et le stérile. III.2.3 Schémas d’accès par ouvrages souterrains Les schémas d’accès par ouvrages souterrains sont employés dans les conditions particulières de l’exploitation, à savoir : · dans les régions montagneuses
  75. 75. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 73 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre · dans le cas de l’exploitation mixte lorsque la partie supérieure du gisement est exploitée par la méthode à ciel ouvert tandis que la partie inférieure est exploitée par la méthode souterraine III.2.4 Schéma d’accès combiné Lors de l’exploitation des gisements irréguliers de grande profondeur, on donne souvent accès aux niveaux supérieurs et
  76. 76. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 74 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre inférieurs par une combinaison des tranchées intérieures et extérieures. Dans la plupart des cas, les niveaux supérieurs sont découverts par les tranchées extérieures séparées ou communes tandis que les niveaux inférieurs peuvent être découverts par une combinaison des tranchées en spirale et en cul-de-sac ou bien en cul-de-sac successivement.
  77. 77. Cours d’exploitation des mines à ciel ouvert Page 75 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre CHAP IV FRAGMENTATION (FORAGE ET MINAGE) IV.1 Equipement de forage IV.1.1 Généralités On distingue plusieurs groupes et versions des engins de forage classés suivant le mode de forage et le type d’énergie. Actuellement, l’outil pneumatique vient au premier plan en raison de multiples qualités : puissance, souplesse, rapidité et maniabilité. Les engins de forage utilisés dans les mines à ciel ouvert contemporaines permettent d’exécuter deux modes de forage : · le forage carottant · le forage destructif En dépit du fait qu’il existe deux modes d’abattage, toutes les machines se révèlent être identiques du point de vue construction. Les différents sous-ensembles qui les composent jouent le même rôle et le même but. Faisons remarquer qu’il en existe qui forent uniquement en carottant ou destructif, et d’autres en carottant et destructif. Divers facteurs doivent être pris en considération pour le choix de l’équipement de forage des roches. Les principaux facteurs sont : · le type et la constitution des roches · les principales caractéristiques de la sondeuse · le diamètre et la profondeur des trous à forer 1. Forage carottant : le but du sondage carottant est de découper en continuité sur toute la longueur forée, mais par passes successives, une colonne de terrain ou roche puis de la remonter à la surface du sol

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