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Guesmi Mohamed / 2014
FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS DEPARTEMENT DE GEOLOGIE
SECTION IGS5 Option: Géo-matériaux
1) Définition d’une carrière
- « Est considéré carrière toute
exploitation de gîtes naturels de
substances minérales telles que les
sables, les argiles communes et les
roches compactes, qui ne sont pas
classées mines »
- Chaque gisement ne peuvent être
exploités que sous le couvert d’une
autorisation des autorités
administratives compétentes après
accord du propriétaire du sol.
Les substances minérales n’existent
qu’en quantités limitées dans le sous –
sol et ne se reproduisent pas. Leur
exploitation entraîne la disparition des
gisements. Leur importance dans
l’économie étant considérable, l’intérêt
général exige donc qu’elles soient
utilisées de la manière la plus
rationnelle.
3
Toutes les
exploitations
par galeries
souterraines
La consommation
annuelle en
explosif = ou > à
5000 kg
les exploitations à
ciel ouvert dont la
capacité de
production annuelle
est supérieure à
5000 t pour les
argiles
les exploitations à ciel
ouvert dont la capacité
de production annuelle
est supérieure à 70000 t
pour les autres produits
(granulats – sables)
Les exploitations
utilisant des
techniques
spécifiques
d’abattage ou
d’extraction tels que
le sciage, le dragage
Les carrières classées
comme telles par les
commissions
consultatives des
carrières en raison de
leur impact sur
l’environnement
CARRIERES
INDUSTRIELLES
Sont considérées carrières artisanales, toutes exploitations à ciel ouvert qui ne sont pas
classées industrielles.
4) L’exploitation à ciel ouvert
II). Choix de l’implantation d’une carrière :
L'implantation d'une carrière obéit à plusieurs critères :
1) Facteurs géologiques :
Les caractéristiques géologiques d’un gisement et des terrains encaissants sont prépondérantes
dans le choix des méthodes et des matériels d’exploitation. En effet, on procède à une
identification du gisement en déterminant les aspects suivants:
 la structure du massif;
 la profondeur, la puissance et le pendage du gisement ;
 l'importance et la qualité des réserves ;
 le volume des réserves en place;
 le volume des réserves exploitables.
Les données géologiques de base sont essentiellement basées sur:
 les logs.
Les sondages de reconnaissances.
des forages géotechniques.
des forages d’aboutages (récupération des cuttings)
Une étude géotechnique définira :
•la pente maximale admissible des flancs de la fosse entre deux passes de route, en fonction
des terrains traversés.
•La configuration des flans de la fosse ultime (niveaux, et largeur des banquettes de sécurité : la
hauteur des gradins, quand à elle, est principalement déterminée en liaison avec le degré de
sélectivité souhaité et la taille des engins d’extractions.
En outre, une étude hydrogéologique peut être nécessaire si l’exploitation doit pénétrer sous le
niveau hydrostatique. Cette étude préserver les emplacements des forages destinés à rabattre la
nappe.
2) Facteurs techniques :
Il est indispensable d’expliquer et/ou indiquer sur un schéma
d'exploitation :
 le choix du personnel d´exploitation ;
 le choix du matériel d´exploitation ;
 le mode d'attaque du gisement ;
 les stades successifs de l'exploitation;
 l’aménagement des pistes de la carrière;
 l'emplacement des installations prévues:
•unité de concassage;
•dépôt d'explosifs;
• atelier;
• administration;
l'emplacement de l'aire de
stockage des matériaux et des
terres de découverture ;
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  • 1. Guesmi Mohamed / 2014 FACULTE DES SCIENCES DE TUNIS DEPARTEMENT DE GEOLOGIE SECTION IGS5 Option: Géo-matériaux
  • 2. 1) Définition d’une carrière - « Est considéré carrière toute exploitation de gîtes naturels de substances minérales telles que les sables, les argiles communes et les roches compactes, qui ne sont pas classées mines » - Chaque gisement ne peuvent être exploités que sous le couvert d’une autorisation des autorités administratives compétentes après accord du propriétaire du sol. Les substances minérales n’existent qu’en quantités limitées dans le sous – sol et ne se reproduisent pas. Leur exploitation entraîne la disparition des gisements. Leur importance dans l’économie étant considérable, l’intérêt général exige donc qu’elles soient utilisées de la manière la plus rationnelle.
  • 3. 3 Toutes les exploitations par galeries souterraines La consommation annuelle en explosif = ou > à 5000 kg les exploitations à ciel ouvert dont la capacité de production annuelle est supérieure à 5000 t pour les argiles les exploitations à ciel ouvert dont la capacité de production annuelle est supérieure à 70000 t pour les autres produits (granulats – sables) Les exploitations utilisant des techniques spécifiques d’abattage ou d’extraction tels que le sciage, le dragage Les carrières classées comme telles par les commissions consultatives des carrières en raison de leur impact sur l’environnement CARRIERES INDUSTRIELLES Sont considérées carrières artisanales, toutes exploitations à ciel ouvert qui ne sont pas classées industrielles.
  • 5. II). Choix de l’implantation d’une carrière : L'implantation d'une carrière obéit à plusieurs critères : 1) Facteurs géologiques : Les caractéristiques géologiques d’un gisement et des terrains encaissants sont prépondérantes dans le choix des méthodes et des matériels d’exploitation. En effet, on procède à une identification du gisement en déterminant les aspects suivants:  la structure du massif;  la profondeur, la puissance et le pendage du gisement ;  l'importance et la qualité des réserves ;  le volume des réserves en place;  le volume des réserves exploitables. Les données géologiques de base sont essentiellement basées sur:  les logs. Les sondages de reconnaissances. des forages géotechniques. des forages d’aboutages (récupération des cuttings) Une étude géotechnique définira : •la pente maximale admissible des flancs de la fosse entre deux passes de route, en fonction des terrains traversés. •La configuration des flans de la fosse ultime (niveaux, et largeur des banquettes de sécurité : la hauteur des gradins, quand à elle, est principalement déterminée en liaison avec le degré de sélectivité souhaité et la taille des engins d’extractions. En outre, une étude hydrogéologique peut être nécessaire si l’exploitation doit pénétrer sous le niveau hydrostatique. Cette étude préserver les emplacements des forages destinés à rabattre la nappe.
  • 6. 2) Facteurs techniques : Il est indispensable d’expliquer et/ou indiquer sur un schéma d'exploitation :  le choix du personnel d´exploitation ;  le choix du matériel d´exploitation ;  le mode d'attaque du gisement ;  les stades successifs de l'exploitation;  l’aménagement des pistes de la carrière;  l'emplacement des installations prévues: •unité de concassage; •dépôt d'explosifs; • atelier; • administration; l'emplacement de l'aire de stockage des matériaux et des terres de découverture ;  élaboration de la chaîne cinématique
  • 7. 3) Facteurs économiques : Telles quelles seront les considérations économiques, elles doivent s’appuyer sur les conditions naturelles données et sur les moyens techniques choisis. Parmi les aspects qui doivent être analysés sont : a) Limite naturelle : C’est la profondeur maximale d’une exploitation en carrière, à laquelle ses parois dans le minerai ou dans les stériles restent encore stables. La raison pour laquelle on partage le gisement et les roches de recouvrement en gradins caractérisées par une hauteur, une largeur et un angle de talus est pour assurer une plus grande stabilité aux parois de la carrière à une profondeur plus grande possible. L’ensemble des gradins d’une carrière assure pour celle-ci une pente moyenne qui dépend du rapport possible entre la hauteur et la largeur des gradins. On déduire le volume total de la découverte par le rapport: n = T (stériles)/ M (minerai) Il y a intérêt à ce que la pente moyenne soit aussi forte que possible. Mais, au contraire, l’emploie d’engins puissants conduit à des banquettes plus larges. D’autre part, la foration et les tirs ne permettent pas d’augmenter la hauteur des gradins dans les mêmes proportions que les largeurs des banquettes.
  • 8. b ) Limite économique : C’est la profondeur maximale à laquelle le prix de revient total du m3 (ou de la tonne) de minerai dans l’exploitation à ciel ouvert, b , (y comprise la découverture) est égal au prix de revient du m3 (de la tonne) de minerai dans l’exploitation souterraine, a , du même gisement. La valeur du minerai est le critère économique des travaux à ciel ouvert. La quantité de stériles nécessaire à déplacer, en m3 , pour extraire 1 tonne de minerai est appelée coefficient ou rapport de découverture. Soit : c: prix de revient du m3 de stérile déplacé (prix de revient de la découverture) T: volume total de stériles à exploiter ; M: tonnage total de minerai à exploiter.
  • 9. Soit encore : Rapport de découverture : n= T/M La limite économique de l’exploitation à ciel ouvert résulte de l’égalité : a = b + c . T/M ou a=b+c . n D’où : n= (a-b)/c Cette relation exprime une condition nécessaire mais pas suffisante et un choix définitif doit se baser sur l’examen du mode d’exploitation, des moyens mis en œuvre, des conditions naturelles et de l’organisation des travaux, facteurs qui décident sur les prix de revient. Tous les facteurs susmentionnés et d’autres (environnementaux, sociaux,) entrent en ligne de compte dans le choix de l’implantation, de la méthode et du matériel d’exploitation d’une mine à ciel ouvert.
  • 10. 3) Eléments fondamentaux de l’exploitation à ciel ouvert (ECO) I) Généralités Les gisements sont exploités à ciel ouvert lorsqu’ils ont une profondeur relativement faible, et quant le prix de revient du minerai aussi extrait est inférieur à celui qu’on obtiendrai en employant l’exploitation souterraine. Dans l’ensemble des travaux exécutés pour l’ouverture et l’exploitation d’une carrière, on peut distinguer:  préparation de la surface (ou carreau de la mine)  drainage et détournement des cours d’eau se trouvant dans les champs d’exploitation.  ouverture du champs de la carrière et la découverture du gisement.  abattage des minerais.  fin d’exploitation et travaux de réhabilitation du site. Pr H Ho Pro Pr: Prix de revient en fonction de la profondeur Pro: prix de revient optimal Ho: Profondeur optimale : exploitation à ciel ouvert : exploitation souterraine
  • 11. Éléments fondamentaux de l’exploitation à ciel ouvert (suite): Pour exploiter un gisement à ciel ouvert, on le partage en tranches horizontales suivant l’homogénéité des roches stériles et des minerais. Ces tranches horizontales prennent la forme de gradins que l’on enlève de manière autonome et qui sont desservies par des moyens propres de transport. La conception de la fosse est en fonction des facteurs géologiques, géotechniques et économiques. Le plan de fosse indique: angle de flanc de carrière 45° - 65° angle de talus 35° - 80° le tracé de chaque gradin;  la piste d’accès final;  l’angle de talus qui est généralement entre 35° et 80°;  l’angle de flanc de carrière qui est généralement entre 45° et 65°.
  • 12. 2 1 3 4 5 6 7 Direction de déplacement du front de gradin Direction de déplacement du front des travaux
  • 13. Données de bases de La fosse ultime Les données de bases à partir des quelles la fosse ultime est définie sont : •La topographie •Les données géologiques •Les données géotechniques 1/ topographie La topographie est généralement traduite en un plan à l’échelle 1/1000 ou au 1/2000 pour les gisements de grande extension. Il est bon de déposer d’une couverture topographique débordant largement l’emprise de la fosse ultime, de façon à pourquoi élaborer un plan de masse sur lequel figurent : •La fosse ultime (route d’accès, banquettes de sécurité,….) •Les verses à stérile •L’installation de •Les bâtiments et les ateliers. •Les pistes de communications. 2/ données géologiques Les données géologiques peuvent être traduites par :  des plans géologiques prévisionnels (PGP/établis pour chaque niveau d’exploitation.  des coupes verticales transversales et longitudinales.  des plans d’abattage (PA) Modèle d’une fosse ultime 3/ Les données géotechniques Une étude géotechnique définira : •la pente maximale admissible des flancs de la fosse entre deux passes de route, en fonction des terrains traversés. •La configuration des flans de la fosse ultime (niveaux, et largeur des banquettes de sécurité : la hauteur des gradins, quand à elle, est principalement déterminée en liaison avec le degré de sélectivité souhaité et la taille des engins d’extractions. En autre, une étude hydrogéologique peut être nécessaire si l’exploitation doit pénétrer sous le niveau hydrostatique. Cette étude préserver les emplacements des forages destinés à rabattre la nappe.
  • 14. •Séquence d’exploitation Après le choix de la fosse ultime étant dessinée et les matériaux contenus inventoriés, il reste à définir la méthode d’exploitation, la séquence des configurations successives des gradins et finalement les tonnages annuels de mimerai tout-venant et de stérile à excaver, ainsi que les caractéristiques des mimerais produits et leur évolution dans le temps. •Courbe d’exploitation Il est commode d’utiliser comme outil de travail les courbes d’exploitation qui représentent graphiquement le progrès de l’exploitation dans le plan. (fig. 1) •Tonnage de mimerai cumulé •Tonnage de stérile cumulé Les paramètres suivants sont mis en évidence dans cette représentation. •R : réserves totales •Taux de découverture pondéral réalisé au stade M (Tgα) •Taux de découverture instantané au stade M(Tg β) •Taux de découverture pondéral restant à réaliser au stade M (Tg γ) •Taux de découverture pondéral moyen sur toute la vie du projet (Tg δ) Tonnage cumulé de découverte extraite Tonnage cumulé de minerai extrait Après le chois de la fosse ultime il reste à l’habiller pour la rendre réalisable pour cela quatre opération doivent être effectuées. •R : réserves totales •Tgα: Taux de découverture moyen réalisé au stade M •Tgβ: Taux de découverture instantané en M. •Tgγ: Taux de découverture moyen à réaliser à partir du M. •Tgδ: Taux de découverture moyen. fig. 1 Les deux avantages principaux de cette représentation sont les suivants : 1)Pour construire cette courbe il n’est pas nécessaire de se baser sur des configurations de gradins correspondant à des dates bien précises. Il suffit de définir les configurations des gradins à des époques successives arbitraires (mais raisonnablement espacées dans le temps) 2)D’autre part, cette courbe étant indépendante du temps, elle permet de passer aisément d’un programme d’exploitation à un autre par différenciation/intégration. α β δ γ R M
  • 15. Tonnage cumulé de minerai extrait Tonnage cumulé de découverte extraite A 0 R Les méthodes d’exploitation à ciel ouvert des gisements profonds s’apparentent en gros à l’un des deux schémas extrêmes suivants :  Exploitation par tranches horizontales
  • 16. Exploitation par fosses emboitées La courbe d’exploitation par tranches horizontales présente une concavité marquée vers le bas. Dans le cas de la fosse emboitée la concavité est vers le haut. Dans la pratique les inconvénients évidents de ces deux schémas les rendent souvent impraticables. •Dans l’exploitation par tranches horizontales, le taux de découverture initial peut être très élevé. •Dans le deuxième cas, le terrassement total annuel croit constamment ce qui conduit à se suréquiper en fin d’exploitation. Gisement semi-dressant Tonnage cumulé de minerai extrait Tonnage cumulé de découverte extraite P 0 R Début de travaux de découverte
  • 17. un exemple d’autre méthode d’exploitation par enlevures successives, chaque nouvelle tranche de stérile doit avoir une largeur d’au moins 50m méthode d’exploitation par enlevures successives Tonnage cumulé de minerai extrait Tonnage cumulé de découverte extraite 0 R
  • 18. Aussi ; a-t-on souvent recours à des méthodes intermédiaire entre ces schémas. Ce sont des compromis ou l’on s’efforce - sans jamais y arriver tout à fait - de rendre le taux de découverture instantané aussi peut variable que possible. Sur la figure les gradins d’exploitation s’échelonnent suivant une pente de travail, il est souhaitable de maintenir cette dernière au dessous de 20%. Méthode d’exploitation mixte Tonnage cumulé de minerai extrait Tonnage cumulé de découverte extraite 0 R pente de travail
  • 24. Fig. 1 Fig. 1 Bord inexploitable
  • 26. On distingue pour ce cas deux types d’accès 1) 2)