Cours de mecanique miniere

Département des services miniers licence III

Table de matières

Table de matières…………………………………………………………………………….1

Résumé……………………………………………………………………………………………2

Introduction…..……………………………………………………………………………….. 3

Chapitre I : les principaux processus d’exploitation d’un gisement… ……..4

Chapitre II : pompe d'exhaure …………… ……………………………………...……..11

Chapitre III : calcul de la venue d’eau dans le site……………………………….10

Chapitre IV : construction du fossé et calcul hydraulique……………………15

Chapitre V : utilisation de l’installation de pompage……………………………19

Chapitre VI : Elaboration du schéma de l’installation de pompage………21

Conclusion :………………………………………………………………………………………34

ANNEXE…………………………………………………………………………………………..39

52eme promotion/MINESPrésenté par BIENY DORE 1

Ministère de l’enseignement supérieur et de recherche scientifique

REPUBLIQUE DE GUINEE

TRAVAIL-JUSTICE-SOLIDARITE

INSTITUT SUPERIEUR

DES MINES ET GEOLOGIE DE BOKE

DEPARTEMENT DES SERVICES MINIERS

COURS DE MECANICANIQUE MINIERE

Présenté par : DORE BIENYMatricule : 160 100 961 372

Niveau : Licence III

ANNEE SCOLAIRE 2015-2016


RESUMELa présence d’eau dans les carrières tout comme dans les mines constitue généralement un grand problème pour la mise en valeur des gisements des minéraux utiles.

Le pompage de l’eau dans les mines tout comme dans les carrières est important pour les garder en service.

Lorsqu’une carrière est ouverte ou approfondie dans une formation minérale aquifère, il est fréquent d’y rencontrer l’eau soit parce qu’une exsurgence survient, soit parce que la nappe phréatique a été atteinte lors des forages : cela nécessite le pompage de l’eau advenant dans le front de taille du minerai ou minéral exploité.

De plus en plus, le souci de préserver la ressource en eau souterraine conduit à optimiser l’usage de ces eaux d’exhaure : constitution de réservoir pour acheminer vers le réseau public de consommation, ou au contraire les restituer au milieu naturel.



INTRODUCTIONDe l’antiquité jusqu’à nos jours, l’homme cherche toujours à transformer les

ressources du sol et du sous-sol pour satisfaire ses besoins. Ainsi l’exploitation des gisements des minéraux utiles occupe une place importante dans le

développement économique d’une nation. Mais cela demande le regroupement de différents efforts, d’où la création d’une entreprise minière. Ces entreprises

créent toutes les conditions de sécurité des travaux en vue d’accroitre leur production.

Cependant, certains facteurs naturels tels que les eaux (souterraines et atmosphériques) constituent un obstacle à l’évolution des travaux.

Pour protéger les mines/carrières contre ces eaux, on fait recours à l’exhaure qui propose différents modes de protection des installations minières.

C’est dans cette expectative que nous étudions dans ce présent rapport «l’installation technique des pompes d’exhaures» pour l’évacuation des eaux

dans les terrains d’exploitation.



Chapitre I : LES PRINCIPAUX PROCESSUS D’EXPLOITATION D’UN GISEMENT

L’exploitation d’un gisement consiste à extraire le minéral utile dans le sous-sol et son évacuation directement vers les consommateurs ou dans les atelier de traitement.

Les travaux exécutés lors de l’extraction de ce minéral utile s’appelle travaux miniers.

Ces travaux miniers se commencent par :

1-TRAVAUX DE DECAPAGE :

Tous les terrains vierges de construction sont recouverts de terre végétale (ou terre arable) qui contient une grande proportion de matières organiques.

Le décapage consiste à arracher les troncs d’arbres et les gros blocs isolés, à défricher les arbrisseaux et herbes, et à excaver la couche superficielle des terrains de stérile sur le gite.

Le bulldozer sur chenille et sur pneu effectue cette opération

Le travail de décapage consiste aussi à retirer cette terre de la surface du terrain à aménager.

La terre végétale est stockée sur site pour réutilisation dans les espaces verts à aménager ou évacuée dans des zones appropriées.

. NB : le décapage est seulement utilisé en carrière et non en mines.

2- TRAVAUX D’ABATTAGE :

L’abattage consiste à détacher la roche à extraire du massif et à la réduire en élément plus petit pour la manutention et la transporter.

On distingue trois modes :

-L’abattage mécanique : détruit la roche par fragmentation lorsque le

coefficient de dureté C≤3

-L’abattage à l’explosif : arrache la roche a l’aide d’énergie d’explosion lorsque C≥3

-L’abattage hydraulique : détruit la roche par jets d’eau sous forte pression crée par le monitor



CHARGEMENT ET TRANSPORT

Les engins de chargement participent notamment aux activités de terrassement, ainsi qu’à de nombreuses autres tâches. Ils représentent un parc matériel dans les travaux publics.

Exemples

1-Chargeurs sur pneu

Définition : Les chargeurs sur pneus ont comme principale application l’extraction et le chargement de matériaux faciles ou déjà foisonnés par le minage, le chargement de matériaux traités, et le chargement et le transport sur de courtes distances pour alimenter un concasseur mobile.

Principales applications :

Chargement de matériaux abattus par minage ou foisonnés par ripage ;

Chargement et transport pour alimenter trémie ou concasseur mobile sur des distances ne dépassant pas 150 à 1800 ;

Chargement de trains ou camions de matériaux traités (granulats) ;

Matériel de secours parfait en carrières ou mines car très mobile ;

Transport de blocs de roches ornementales.



La gamme de chargeurs de production va de : 2 à 40m3 de capacité de godet. Les chargeurs utilisés en reprise de matériaux abattus ont un godet d’au moins 4,5m3

Les principaux producteurs sont : Caterpillar - Komatsu - Liebherr - Volvo - Case.

2-Pelle hydraulique sur chenille

Définition : Matériels sur chenilles ou sur pneumatiques qui sont, de plus en plus les matériels de base des entreprises par leur capacité à extraire, charger, manutentionner tous types de matériaux. De plus les pelles hydrauliques sont maintenant de vrais « portes outils » qui peuvent recevoir de nombreux équipements capables de s’adapter à toutes les demandes des « Travaux publics ».

Pelles sur pneumatiques : Leur principe de fonctionnement est identique aux pelles sur chaînes en rétro. Seule la partie inférieure est différente. Ces pelles, sur pneumatiques sont destinées aux travaux d’extraction, de creusage, de manutention sur les petits chantiers ou les travaux urbains où il est nécessaire de se déplacer facilement.

Principales applications des pelles hydrauliques en « rétro » :

Grâce à leurs bonnes forces de pénétration de cavage :

Défonçage ou casse des matériaux durs soit avec une dent ou marteau

Extraction de matériaux en direct avec godet sous eau ou hors d’eau.

CHAPITRE II : POMPE D'EXHAUREPompe industrielle utilisée pour évacuer l’eau chargée d’exploitation. On trouve des pompes centrifuges horizontales et verticales, volumétriques, à vortex, à piston, à



membranes…

Pour les entreprises d'exploitation souterraine, le pompage de l'eau est une opération nécessaire afin de garder le site opérationnel et exploitable.Généralités sur les pompes d'exhauresPour les entreprises d'exploitation souterraine située sur une zone aquifère, l'utilisation d'une pompe d'exhaures est indispensable pour évacuer l'eau qui provient soit de la nappe phréatique présente sous le site concerné, soit de l’apparition d'une exsurgence. Ces eaux dites d'exhaure pourront être ensuite réutilisées dans de divers domaines pour éviter le gaspillage. Elles peuvent être traitées pour des fins de consommation domestique ou être restituées au milieu naturel. Il existe de nombreux types de pompes de carrière: centrifuges horizontales et verticales, volumétriques, à vortex, à piston, pompe à godets, pompe à palette, etc. Le choix dépend de l'usage auquel elles sont destinées.

Fonctionnement des pompes d'exhaures

Les pompes TP (turbopompes) servent en général pour les travaux d'assèchement sur les sentiers. Elles permettent de déplacer le liquide qui y est présent vers un autre endroit. La plupart des pompes modernes fonctionnent soit avec de l'énergie électrique, soit avec de l'énergie thermique qu'elle convertit ensuite en énergie mécanique pour faire fonctionner les différents organes qui le constituent. Cette énergie mécanique, à son tour, va être transformée en énergie fluide qui se traduit sous forme d'énergie cinétique et d'énergie potentielle une fois qu'elle est transmise au liquide. Un échange d'énergie s'opère alors dans les circuits de l'installation permettant ainsi de faire déplacer le liquide.

Il existe plusieurs pompes d’exhaure :

Pompes industrielle, pompe d’exhaure, pompe d’exhaure centrifuge, pompe d’exhaure volumétriques, pompe d’exhaure à vortex, pompe d’exhaure à piston, pompe d’exhaure à membrane…....

Exhaure dans les mines

Le pompage de l'eau dans les exploitations souterraines est important pour garder la mine en service.

L'exhaure peut également être réalisée par simple gravité, car la sortie des eaux d'exhaure maintenue active même après l'arrêt des mines pour préserver le débit de la rivière

Exhaure dans les carrières



Lorsqu'une carrière est ouverte ou approfondie dans une formation minérale aquifère, il est fréquent d'y rencontrer l'eau, soit parce qu'une exsurgence survient, soit parce que la nappe phréatique a été atteinte lors des forages : cela nécessite le pompage de l'eau advenant dans le front de taille du minerai ou minéral exploité.

De plus en plus, le souci de préserver la ressource en eau souterraine conduit à optimiser l'usage de ces eaux d'exhaure : constitution de réservoirs-tampon pour les acheminer vers le réseau public de consommation, ou au contraire les restituer au milieu naturel.

La réalisation d'un tunnel implique une maîtrise parfaite du débit d'eau d'infiltration : c'est la condition essentielle de la réussite du projet. Mais celle-ci passe par un certain nombre de précautions à prendre au préalable :

Le choix de la couche géologique la plus étanche possible ; craie bleue ;

Des tunneliers et des voussoirs conçus pour être adaptés au terrain ;

Une mise en place de sas avant l'exécution des sondages.

Toutes ces précautions sont mises en œuvre pendant le creusement du tunnel, considérant trois origines distinctes de venues d'eau :

Les débits de fuite du revêtement ;

Les venues d'eau normales et accidentelles pendant les travaux d'excavation (en tunnelier et travaux annexes) ;

Le recueil des eaux industrielles utilisées en tunnel.

Le débit de fuite des voussoirs en tunnel correspond au niveau d'étanchéité pour lequel le revêtement a été conçu. Il est donc égal au débit d'infiltration définitif du revêtement, soit 5 litres par seconde.

L'installation d'exhaure se compose de 3 parties distinctes :

l'exhaure à front installée sur le tunnelier qui pompe l'eau depuis le front sur environ 2 km jusqu'à la dernière station relais installée en tunnel ;

l'exhaure en tunnel installée au fur et à mesure de l'avancement qui ramène l'eau jusqu'au bassin tampon en fond de puits ;

l'exhaure en puits, qui pompe les eaux provenant des tunnels côté mer et côté terre depuis le fond du puits, pour les rejeter en mer par un émissaire.



Chaque tunnel est équipé depuis le tunnelier jusqu'au puits de 2 installations indépendantes :

une pour l'exhaure permanente en marche continue ;

une pour l'exhaure de secours. Cette ligne est utilisée en cas de venue d'eau accidentelle importante ou en remplacement de l'exhaure permanente lorsque celle-ci est en panne ou en maintenance.

L'exhaure à front est installée à l'intérieur de la jupe des tunneliers, et doit évacuer jusqu'à la première station de relayage fixe les venues d'eau permanentes et exceptionnelles à front. Des flexibles sur enrouleurs assurent la liaison entre le train suiveur et les tuyauteries en tunnels. Les deux tuyauteries rejettent l'eau dans le premier batardeau de collecte en tunnel où est installée la station de tête de l'exhaure en tunnel. En pente descendante, des barrages sont installés en radier tous les kilomètres environ, au droit des stations de relayage de façon à créer des bassins. Des pompes submersibles sont installées dans les bassins artificiels, ainsi qu'au point bas des tunnels.

La sécurité de fonctionnement est assurée par l'existence de plusieurs lignes de pompage indépendantes :

en tunnel, dans le cas de panne de l'exhaure permanente, l'évacuation est assurée par l'exhaure de secours, par reprise dans le batardeau en point bas, après « surverse » des batardeaux précédents ;

la présence d'une tuyauterie mettant en communication les exhaures des tunnels ferroviaires assure une redondance de l'exhaure de secours.

Grâce au doublement des pompes sur chaque ligne de pompage, l'arrêt d'une pompe n'interrompt jamais le fonctionnement d'une ligne. L'ensemble des installations d'exhaure est contrôlée depuis le PCC où un synoptique permet de vérifier le bon fonctionnement de chaque composant.

Eau

Par comparaison, on parle de station d'exhaure pour toutes les stations de pompage puisant de l'eau brute.Ce terme est utilisé pour différentier les différentes lignes de pompage dans les usines de traitement d'eau :

Exhaure pour l'arrivée d'eau brute.

Refoulement pour le départ de l'eau traitée



CHAPITRE III : CALCULS DE LA VENUE D’EAU DANS LES CERRIERES/MINES

Ces calculs sont effectués en tenant compte des dimensions du site, de sa forme et aussi de la quantité des eaux statiques et dynamiques du terrain.

III-1) Détermination des dimensions du site :

D’après la carte, la figure géométrique observée est celle rectangulaire avec les dimensions : L =710m et l=476m.

-périmètre du site : il se calcule par la formule suivante :

P=2(L+l)=2(710+476)=2372m

-surface du site: elle se détermine par la relation :

S1=L×l=710×476=337960m²

Mais d’après les données, la surface du site que le groupe II utilisera est :

S=S1

2 =337960

2 =168980 m²

S=168980 m²

III-2) DETERMINATION DESQ AFFLUX DE LA CARRIERE :

A) DEBIT DE PRECIPITATION ATMOSPHERIQUE

Qat= E + I + R ± d où :

E=évaporation (30% de précipitation) ;

I =infiltration (30% de précipitation) ;

R=ruissellement (40% de précipitation) ;


P=2372m

S1=337960m²


d=variation annuelle des précipitations ;

a)Débit de précipitation maximal : il est déterminé par la relation suivante

Qat max=sr× hmax

×α30×24

(m3/j)

où : Sinf=surface d’influe de la carrière ;

hmax= hauteur maximale du niveau d’eau ;

α= coefficient de ruissellement, en Afrique α=0,7.

• détermination de Sinf : elle se calcule par la formule ci-dessous

Sinf =S+RP3 avec :

S- surface de la carrière : S=168980m2 ;

R- distance d’influence : R= (30÷40) m, considérons R=30m ;

P-périmètre de la carrière : P=2372m

Donc Sinf=168980+30×2372

3 =192700m2

Sinf=192700m2

• détermination de hmax : pour cela, on tient compte de la pluviométrie. En Guinée, il existe six mois pluvieux allant de mai à novembre. Elle est déterminée

d’après la relation : hmax=hmoy×kc avec :

hmoy =hauteur moyenne de précipitation ;

Kc=coefficient correcteur : kc= (1,15÷1,35), prenons kc=1,15

Cherchons la hauteur de précipitation moyenne d’après le tableau N02 :

hmoy=104,1+227,87+275,06+359,4+216,5+92,5

6 = 212,572mm

hmoy= 212,572mm



Ainsi hmax=212,572mm×1,15=244,458mm

hmax=244,458mm =0,244458m

en comparant cette valeur à la hauteur maximale de 6 mois pluvieux (Août), nous considérons la hauteur maximale de précipitation comme étant hmax.

hmax=359,4mm=0,3594m

D’où Qat max =192700×0,3594×0,7

30×24=67,333m3 /h

a)Débit de précipitation moyen : il se calcule par la formule suivante :

Qat moy=s inf ×hmoy× α

30×24 (m3/h) où :

Sinf est la surface d’influence ; Sinf=192700m2

hmoy est la hauteur moyenne de précipitation ; hmoy=0,212572m

est le coefficient de ruissellement, =0,7.α α

A.N : Qat moy=192700×0,212572×0,7

30×24 =39,825m3/h

III – 3 Détermination de l’afflux total de la carrière

Cet afflux représente la quantité totale d’eau arrivant dans la carrière et se détermine par la relation suivante :

Qt=Qat+Qs ; m 3/h

Où : Qat= débit total des précipitations atmosphériques ;

Qs= débit total des eaux souterraines. Il est déterminé d’après la relation


Qat max=67,333m3 /h

Qat moy=39,825m3/h

ro=231,981m


QS=Qea+Qep

Calcule de la quantité d’eaux actives Qea :

Qea=1,37¿¿ m 3/h

Ou K= (0,5÷1): Coefficient de perméabilité, nous prenons k=0,5m/j

H= (5O÷60) : hauteur de la couche aquifère libre, nous prenons H=50m

R’: Distance d’influence déterminé par la relation R’=R+ro

Avec R=(30÷40) : rayon d’influence, nous prenons R=30m

Et ro le rayon conventionnel déterminé par :

Avec et ro=√ sπ

=√ 1689803,14

=231,981m

R=30+231,981=261,981m R=261,981m

AN : Qea=1,37¿¿=675,480m 3/h

Qea=675,480m 3/h

Calcule de la quantité d’’eaux passives Qep :

Qep=sinf ×hm

24 Tµ (m 3/h)

Où µ=(35÷49) : Capacité libre d’écoulement, nous prenons µ=35%=0,35

Hm=(40÷45) : Hauteur moyenne de la couche sèche, nous prenons Hm=40m

T : Temps d’exploitation déterminé par :

T=Qex

Pat (ans)

Reserve d’exploitation : Qex=Rg×kex

kex=(0,7÷0,9) : Coefficient d’exploitation, nous prenons kex=0,9

Rg=2062900t : réserve géologique

Qex=2062900×0,9=1856610t Qex=1856610t



Production annuelle totale : Pa t=ϒ×Pa

Pa t=2,5×361066,144=902665,36t Pa t=902665,36t

T= 1856610902665,36 t=2,057ans

T=2,057ans=750,805jours

AN : Qep=192700×4024×750,805

×0,35=¿149,717m 3/h

Qep¿149,717m 3/h

Aors Qs deviant: Qs=675,480+149,717=825,197 m 3/h

Qs=825,197 m 3/h

Afflux maximal : il se calcule selon la formule

Qt max=Qat max+Qs

AN : Qt max= 67,333+825,197 =892,53

Qt max= 892,53m 3 /h

Afflux moyen : il se calcule selon la formule

Qt moy= Qat moy+Qs

AN : Qt moy= 39,825+825,197 =865,022

Qt moy=865,022m3/h

III-4) Distribution de l’afflux

Connaissant l’afflux total arrivant dans la carrière, il est nécessaire d’utiliser deux méthodes techniques pour assurer la sécurité dans le chantier à savoir :

Les drains (fossés d’écoulement) ; L’installation d’exhaure (pompe).

Habituellement, on dirige 80% du courant d’eau vers les fossés d’écoulement et 20% vers la pompe.



a)Pour les drains :

Q’t max=80%Qat max=0,8×892,53=714,024 m³/h

Q’t moy=80%Qat moy=0,8×865,022=692,018m³/h

b) Pour la pompe :

Q’’tmax=20%Qat max=0,2×892,53=178,506 m³/h

Q’’tmoy=20%Qat moy=0,2×865,022=173,004 m³/h


Q 't max=714,024 m ³ /h Q 't moy=692,018m ³ /h

Q ' 'tmax=¿178,506 m³/h Q ' 'tmoy=173,004m ³/h


CHAPITRE IV : CONSTRUCTION DU FOSSE ET CALCUL HYDRAULIQUE

Les fossés sont destinés au drainage des eaux se trouvant dans le contour de la surface de travail. Ils peuvent être utilisés seuls ou accompagnés d’autres ouvrages : tel est notre cas. Leur efficacité dépend de certains paramètres dont entre autres : l’hétérogénéité et la nature des terrains, la géométrie des couches

aquifères, la perméabilité…

Ainsi, nous choisissons la forme trapézoïdale pour notre fossé dont le schéma est le suivant :

Figure No1: section transversale du fossé

B

r

H h ω

γ α

x b x

b- largeur au fond du fossé

h- hauteur de la section mouillée

-Ύ l’angle de stabilité des bords en état de liquidation

H-hauteur du fossé

B-largeur en surface de la section mouillée

-section mouillée du fosséω

-angle de glissement naturel du terrainα

IV-1) Calcul hydraulique du terrain

1-) Largeur en bas du fossé : Elle est déterminée en fonction de la largeur du godet de l’excavateur.


ω


A cet effet, nous choisissons la pelle-hydraulique à godet de curage de fossés(mini-pelle), dont les caractéristiques sont résumées dans le tableau ci-

dessous :

Tableau No 3: Caractéristiques techniques de l’excavateur

Caractéristiques Valeurs Unités

Largeur du godet 1600 Mm

Capacité à ras 0,145 m3

Capacité à refus 0,229 m3

Poids du godet 134,0 Kg De ce tableau, b= 1600mm=1,6m

2-) hauteur de la section mouillée:

Elle est fonction de la quantité à évacuer. Prenons h=0,125m

3-) angle de stabilité des bords du fossé:

= (60 γ ÷ 70) o ; prenons =60γ o

4-) hauteur du fossé : elle se détermine par la relation suivante :

H=h+r où r est la revanche de l’ingénieur, r=(20÷4O)% h

On prend r=20%h=0,2×0,125=0,025 m

Donc H=0,125+0,025=0,15 ;

H=0,15 m

5-) largeur en surface de la section mouillée: elle est déterminée selon la

relation : B=b+2X or cot =γ Xh ¿≫ X=h×cotγ

Ainsi : B=b+2h×cotγ

Donc B=1,6+2×0,125×cot 60O=1,744m ;

B=1,744 m

6-) Détermination de la section mouillée: Le fossé étant de forme trapézoïdale, on a :



=ω (B+b)2

×h, m2

A.N : =ω 1,744+1,62

×0,125=¿0,209;

=0,209 mω 2

IV-2) Détermination des caractéristiques du débit

a)Débit réel: Il est le résultat final des paramètres du fossé en admettant leurs dimensions. Elle se détermine par la formule suivante :

Kr=Q' tmax

√ii; m³ /h

Avec ii-gradient hydraulique;

Cherchons ii :

i=Q' tmax

(cω )² Rh ; Rh-rayon hydraulique conventionnel ; Rh=ωP ; avec

p- périmètre de la section mouillée.

D’après la coupe transversale du fossé, on a :

P=b+2Y et sinγ=hY

=≫Y=h

sinγ ; D’où p=2× hsinγ+b ;

P=2× 0,125sin 60 °+1,6=1,889.

P=1,889m

Alors Rh=0,2091,889

=0,111.

Rh=0, 111m

C- Coefficient empirique de CHEZY; C=1n× 6√Rh; m

Où : n- indice du terrain ; pour les terrains argileux n=0,025¿≫ 1n=¿40

Alors C=40× 6√0,111=27,730



C=27,730m

D’où i=(714,024)²

(27,730×0,209) ²×0,111=¿136744,645

i=136744,645

Ainsi: Kr=714,024

√136744,645 =1,931

b) Débit conventionnel: Elle détermine la condition nécessaire des paramètres géométriques et techniques des fossés pour l’écoulement normal des eaux. Elle

s’exprime par la relation suivante :

KC=c×ω×√Rh (m3/h)

A.N : KC=27,730×0,209×√0,111=1,931

On voit que Kr=KC, donc les paramètres choisis pour le fossé assurent l’écoulement normal des eaux.

Vérification de la vitesse de l’eau dans le fossé : Elle se calcule comme suit :

V=Q' tmax

ω; Convertissons le débit en m3/s

Q’tmax=714,024

3600 = 0,198m³/s

D’où V=0,1980,209

=¿0,947

Comme V=0,947m/s ϵ (0,3÷2,5), alors la vitesse d’écoulement de l’eau ne provoquera ni érosion, ni évasement du fossé.


Kr=1,931m3/h

KC= 1,931m3/h

V=0,947 m/s


CHAPITRE V: UTILISATION DE L’INSTALLATION DE POMPAGE

V-I) La pompe :

D’après les règles de sécurité dans les carrières, le débit nécessaire minimum d’une pompe en service est calculé suivant les conditions d’évacuation du flux

moyen au cours des 20h de travail autorisées.

Pour une installation de pompage, il est nécessaire de mettre trois pompes en jeux. Ces pompes pouvant être identiques ou non, mais il est préférable d’utiliser

des pompes du même type. Ces pompes sont :

- Pompe en service ;- Pompe en réserve ;

- Pompe en réparation.- V-2) Détermination du débit nécessaire de la pompe en service

Qps=2420×Q’’tmoy (m3 /h)

Où

24 :Le nombre d’heure par jour

20 :Le nombre d’heure de travail de la pompe dans la carrière/mines

Q’’tmoy=173,404 m3 /h :Le débit total moyen nécessaire de la pompe

AN : Qps=2420 ×173,004 =207,605

Qps= 207,605m3 /h

Comme Qps= 207,605m3 /h n’est pas une valeur standard, alors d’après l’abac nous choisissons le type de pompe 6SH8 dont le débit est :

Qps=250m3 /h

Caractéristiques réelles de la pompe se trouvent dans le tableau ci-dessous :



QN (m3 /h) HN(m) nN(%) N (kw)

250 54 90-100 64

V-3) Détermination de la durée de travail de la pompe en service

Elle est déterminée par la relation suivante :

tmax=24Q ps

×Q ' 'tmax où :

- Q’’tmax est la quantité d’eau nécessaire à pomper hors de la carrière, Q’’tmax=178,506 m3/h ;

-Qps est le débite la pompe en service, Qps=250m3/h.

A.N: tmax=24250

×178,506=17,137h

Puisque la condition (tmax≤ 24h) est vérifiée, alors dans ce cas le couplage en parallèle n’est pas possible


tmax=17,137=17h8mn11s


CHAPITRE VI: ELABORATION DU SCHEMA DE L’INSTALLATION DE POMPAGE

A ce niveau, il est question de matérialiser les deux réseaux : réseau intérieur (pompe), réseau extérieur (conduites) ainsi que les accessoires de régulation

(vanne ouverte, clapets, coudes d’angle…).

V-1) Caractéristiques du réseau intérieur :

Le nombre de roues est déterminé par la formule suivante :

nr=H p

H 1r où :

Hp est la pression préalable de la pompe ; elle se calcule selon la formule :

Hp=µc×Hg ; avec

µc- coefficient qui tient compte des pertes de pression dans les conduits:

µc=(1,05÷1,1), prenons µc=1,1.

Hg – hauteur géodésique ; Hg=Ha+Hr :

Ha – hauteur d’aspiration de la pompe, Ha=(1÷3)m. prenons Ha=3m

Hr- hauteur de refoulement, Hr=Hc−¿l0 avec

Hc→ profondeur de la carrière: Hc=ng×Hgr

ng=9 : (nombre de gradin) et Hgr=10m :(hauteur du gradin)

Hc=9×10=90m Hc=90m

lo→ élévation de la pompe, prenons lo=1m

Alors Hr=90−¿1=89 Hr=89m

D’où Hg=89+3=92 Hg=92m

On obtient Hp=1,1×92=101,2

Hp=101,2m.

Pour un débit Qps=250m3/h d’après l’ABAC, on a H1r=54m



D’où nr=101,2

54=1,874 ≈2 roues

V-2) Détermination de la caractéristique du réseau extérieur

Le réseau extérieur est utilisé pour assurer le déplacement de la substance à transporter. Il est composé de la conduite d’aspiration et celle de refoulement.

Il se traduit par la relation suivante : H=Hg+RQ2. Cette équation est appelée caractéristique du réseau extérieur d’une machine hydraulique ; elle exprime la charge totale nécessaire pour déplacer le débit à travers le réseau donné sur la

hauteur géodésique mais Hg=92m.

L’équation devient H=92+RQ2.

Détermination la résistance hydraulique(R) : R=Ra+Rr où :

Ra est la résistance hydraulique coté aspiration

Rr est la résistance hydraulique coté refoulement.

1-Déterminons les diamètres :

Coté aspiration : dexa =0,0188×√ QV a

La pompe étant du type 6SH8 fonctionnant avec un débit Q=250m3/h

et Va = (1,2÷1,7) m/s ; prenons Va=1,7m/s.

dexa = 0,0188√ 2501,7

= 0,228m = 228mm.

Comme dexa = 228mm n’est pas un diamètre standardisé, alors nous prenons la valeur dexa =245mm. e=7,0 dinta=231mm

e= 8,0 d inta= 229mm

dexa=245mm e= 9,0 dinta= 227mm

e= 10, 0 dinta= 225mm

e= 11,0 dinta= 223mm


nr=2 roues

Vr=2,062m/s


-Vérification de la vitesse réelle :

Va= 0,01882

d inta2 × Q

AN : Va=0,01882

O ,2312 ×250= 1,656 m/s

Va= 1,656 m /s

Comme Va= 1,656 m/s (1,2÷1,7)ϵ m/s, alors le choix est bon.

Coté refoulement :

dexr= 0,0188√ QV r

dexr : diamètre de refoulement.

Vr : vitesse de refoulement Vr= (2,0÷2,5) , nous prenons Vr= 2,Om/s.

AN: dexr = 0, 0188√ 2502,0

= 0,210m = 210mm

Comme dexr = 210mm n’est pas un diamètre standardisé, alors l’ABAC, nous prenons dexr =219mm.

e = 6,0 din = 2O7mm

e = 7, 0 din = 2O5mm

dexr =219mm e = 8,0 din = 203mm

e =9,0 din =201mm

e =10,0 din =199mm

-Vérification de la vitesse réelle de refoulement:

Vr= 0,01882

d intr2 ×Q

AN: Vr= 0,01882

0,2072 ×250= 2,062m/s


Lr=180m


Comme Vr=2,062m/s (2,0÷2,5)m/s, alors le choix est bon. ϵ

Vérification de la troisième condition :

Les diamètres d’aspiration et celle de refoulement doivent respecter la condition

suivante :

dinta d≃ intr+(20÷50)mm

d inta― dintr (20≃ ÷50)mm

dinta― dintr =231―207=24mm

Comme dinta― dintr =24mmϵ (20÷50)mm, alors le choix est bon. Cela signifie que l’aspiration et le refoulement de l’eau hors de la carrière sera possible.

2- Détermination des longueurs des parties droites des conduites :

D’après le schéma de l’installation de pompage :

Longueur d’aspiration : elle se détermine comme suit ;

La = Ha+len+l1

Avec : Ha= 3m ; len= 1m ; L1= 30m.

AN ; La= 3+1+30=34m.

L a= 34m

Longueur refoulement : elle se détermine comme suit :

Lr= L2+L3+L4

Avec : L2= 60m ; L3=50m ; L4= 70m ;

AN : Lr= 60+50+70=180m ;



3-Les pertes dans les conduites et accessoires

Elles se déterminent comme suit :

R=Rr+Ra

Avec ;et R = 1+z

2g×S2

ӡ =∑ ӡ ri+∑ ӡ li

Où : ӡ=coefficient total des pertes dans les conduites

∑ ӡ ri=Coefficient des pertes réparties

∑ ӡ li =coefficient de pertes locales

S=section de la conduite

g=accélération de la pesanteur

Ra=résistance hydraulique coté aspiration

Rr= résistance hydraulique coté refoulement

a) Coté aspiration :

Ra= 1+ӡ a

2×g×Sa2×36002 (h2/m5)

ӡ a=∑ ӡ ri+∑ ӡ li

Pertes réparties :

∑ ӡ ri=λaLa

da

La : longueur d’aspiration La=34m



da : Diamètre d’aspiration da= 231mm.

λa = coefficient de Darcy déterminé par la relation :

λa=0,0195

3√da ¿> λa=0,01953√0,231 =0,032 λa=0,032

∑ ӡ ri =0,032× 340,231

=4,710

∑ ӡ ri =4,710

Pertes locales : Les pertes réparties observées au niveau de ces accessoires sont résumées dans le tableau ci-dessous :

Accessoires Nombre ӡ li

Crépine 1 1×4,704Coude d’angle de 90° 1 1×0,177

Vanne ouverte 1 1×0,08Total 3 4,961

Clapet de pied de crépine,

Comme 200¿231¿250 cela veut dire que 5,2¿ ӡ li1>¿4,4

Utilisons la méthode d’interpolation :

(5,2) C

D

x

B E A(4,4)

2OO 231 250

D’après la propriété de THALES on a :AEAB

= DEBC

=¿DE=BC× AEAB

A.N : x=0 ' 8×19

50=0,304.



D’après le schéma z li1=4,4+DE=4,4+0,304=4,704

z li1=4,704

Pour le coude d’angle 90° :

Comme 200 < 231<250 cela veut dire que 0,168¿ ӡ li2<¿0,182

En utilisant l’interpolation on a :

C(0,182)

D

(0,168) A E B

0,191

200 231 250

D’après la conséquence de la propriété de Thales dans le triangle ABC, on a :

AEAB

= DEBC

=¿DE= AE∗BCAB

AN: DE=31×0,01450

=0,00868

DE=0,00868

D’après le schéma ӡ li2=0,168+DE=0,168+0,00868=¿ 0,177

ӡ li2= 0,177

Pour la vanne ouverte :

Comme 200 < 231<250 cela veut dire que 0,08= ӡ li3=¿0,08

0,08 0,08



200 231 250 D’où : ӡ li3=0,08

Donc : ӡ lit=ӡ li1+ӡ li2+ӡ li3=4,704+0,177+0,08=4,961

ӡ lit=4,961

D’où :

ӡ a=∑ ӡ ri+∑ ӡ li⇒ ӡ a=4,710+4,961=9,671

ӡ a=9,671

Cherchons la surface :

Sa= π×da

2

4=3,14× (0,231)2

4=¿0,042

Sa = 0,042m2

AN : Ra = 1+9,671

2×9,8×(0,042)2×36002 =¿2,381×10-5

Ra = 2,381×10-5h2/m5

b) Coté refoulement :

Rr = 1+ӡ r

2g×Sr236002

avec ӡ r- pertes de pression coté refoulement :

ӡ r=ӡ ri+ӡ li

Calcul des pertes reparties :

ӡri=¿ λ r

lrd r

¿ ; Déterminons λr=0,0195

3√dr=

0,01953√0,207

=0,033

Alors ӡ ri=0,033× 1800,207

=28,696



ӡ ri=28,696

Calcul des pertes locales : L’ensemble de ces pertes est résumé dans le tableau suivant:

Accessoires Nombre ӡ li

Angle de 120° 2 2×0,11326Vanne ouverte 1 1×0,08

Clapet de retenu 2 2×5,36Total 5 11,02652

Pour le coude d’angle de 120° :

Comme 200 < 207<250 cela veut dire que 0,112¿ ӡ li1<¿0,121

En appliquant la méthode d’interpolation, on a :

C (0,121)

D

A(0,112) E B

200 207 250

D’après la propriété de THALES on a : AEAB= DEBC

=¿DE= AE×BCAB

=7×0,00950

=0,00126

ӡ li1=0,112+DE=0,112+0,00126=0,11326

ӡ li1=0,11326

Pour la vanne ouvert :

Comme 200 < 207<250 cela veut dire que 0,08¿ ӡ li12=¿0,08

Par la méthode d’interpolation, on trouve :

A(O,08) B(O,08)



0,091

200 207 250

D’où : ӡ li3=¿0,08

Pour le clapet de retenue :

Comme 200 < 207<250 cela veut dire que 5,5¿ ӡ li13>¿4,5

Utilisons la méthode d’interpolation :

C(5,5)

D

B E A(4,5)

200 207 250

D’après THALES :

AEAB

= DEBC

=¿DE= AE×BCAB =

43×150

=0,86

Donc : ӡ li3=4,5+DE=4,5+0,86=5,36

ӡ li3=5,36

Donc : ӡ lit¿ ӡ li1+ӡ li2+ӡ li3=2×0,11326+0,08+2×5,36=11,02652

ӡ lit=11,02652

D’Où : ӡ r=28,696+11,02652=39,72252

ӡ r=39,72252

Cherchons la surface sr



Sr= π×dr

2

4=3,14 × 0,2072

4=0,0336

Enfin Rr=1+39,72252

2×9,8×(0,0336)2×36002 =14,200×10−5

La résistance hydraulique est alors égale à :

R=Ra+Rr =1,609×10-5+14,200×10−5=16,581×10−5

R=16,581×10−5h2/m5

Ainsi l’équation du réseau extérieur est :

Représentons la courbe du réseau extérieur dans le même graphique que l’ABAC

de la pompe 6SH8

Qp(m 3/h) 0 20 40 60 80 100 120

H(m) 92 92,O66 92,265 92,597 93 ,061 93,658 94,388

Qp(m 3/h) 140 160 180 200 220 240 260

H(m) 95,250 96,245 97,372 98,632 100,02

5

101,55

1

103,209


Rr=14,200×10−5h2/m5

Sr= 0,0336 m2

H=92+16,581×10-5Q2


Qp(m 3/h) 280 300 320 340 360 380 400

H(m) 105,000 106,92

3

108,979 111,16

8

113,48

9

115,94

3

118,530

(voir la représentation dans l’annexe).

4-Vérification de la stabilité du régime :

Il faut que : Hg≤90%H0 or Hg=92m et H0=60m

D’où : Hg≤0,9×60 ⟺ Hg 54m car, 92m 54m.≰ ˃

Comme la stabilité ne vérifie pas pour le type de pompe 6SH8, alors il est

nécessaire de faire le couplage en série avec ce même type de pompe.

Dans ce cas : 2H0=2×60=120 2H0=120m

On a : Hg≤0,9×120 ⟺ Hg≤108 d’où 92m<108m, par conséquent la condition de stabilité est vérifiée.

5-Contrôle de la normalité du régime : cette condition exige que :

nr ≥ 85%×nmax avec nmax= (70÷80)%, nous prenons nmax=70% et nr=64%

nr ≥ 0,85×70 n⟺ r ≥59,5 d’où 64% 59,5%, alors le regime de ˃fonctionnement est normal.

6-Contrôle de la non cavitation

Hamax≥Ha avec Hmax=3m et Ha=3m,



Alors 3m=3m la condition de la non cavitation est vérifiée.

Détermination du débit de la pompe en reserve

Il est possible de déterminer le type de pompe pour le cas de la reparation :

Comme : Qpreserv=(0,2÷0,25)Qps

On a : Qpreserv=0,25×250=62,5m3/h

Comme Qpreserv=62,5m3/h n’est pas une valeur standard, alors d’après l’ABAC on a Qpreserv=150m3/h du type 6SH8-2 .

Détermination la puissance utile

Nu=ρ× g×Qpr×Hr

3600×1000

ρ=1050kg/m3 masse volumique du liquide pompé

g=9,81m/s2 accélération de pesanteur

Qpr=150m3/h débit de la pompe réservée

Hr=89m hauteur de refoulement de la pompe

3600et 1000 sont des valeurs de conversion

AN : Nu=1050×9,81×150×89

3600×1000 =38,198KW

Nu=38,198KW

Détermination du rendement correspondant au régime de fonctionnement

nr=Nu

2×Nm or Nm=1500KVA=1500KW puissance du moteur

nr=38,198

2×1500 =0,0127 n⟺ r=1,27%

Détermination la puissance nécessaire de la pompe choisie



N=Nunr =

38,1980,0127=3007,7KW N=3007,7KW

Détermination de la durée moyenne de la pompe

tmoy=24Qps×Q’’moy=

24250×173,004=16,608

tmoy=16,608h=16h36mn30s

Détermination de la consommation annuelle en énergie électrique

W=N× K 1ne×µm

×(KP×tmoy×nj×km×tmax×nm)

Où : K1-Coefficient qui tient compte de la consommation en énergie électrique pour l’éclairage de cette installation K1=(5-10) % de la consommation de l’entreprise,nous prenons K1=5

ne-Rendement du réseau électrique : ne=0,97

µm- Rendement du moteur électrique : µm= (0,87-0,95) ; nous prenons µm=0,9

Kp et Km respectivement le nombre de pompe qui travaille pour le pompage du débit moyen et maximal ;

tmoy<24h Kp=1

tmax<24h Km=1

nj et nm- le nombre de jour par an pour pomper le débit moyen et maximal.

En Guinée avec les six mois pluvieux, les pompes fonctionnent avec un régime de:

20 jours par mois pour le débit moyen (nj=6×20=120 jours) 7 jours par mois pour le débit maximal (nm=6×7=42 jours)

AN : W=3007,7× 0,050,97×0,9

×(1×16,6O8×120×1×17,175×42)

D’où: W=2,476×108 KW/an



CONCLUSION :

Ce présent rapport, est le résultat de nos efforts après une large compréhension du cour de la mécanique minière. C’est donc avec vitalité

individuelle et ardeur de tous les éléments du groupe II que nous arrivons au terme de ce travail.

Pour donner une suite favorable à ce travail, nous avons d’abord cherché à connaître :

-La pluviométrie de la région d’étude ;

Une étude minutieuse de tous les éléments concourant à la protection du site contre la venue des eaux de fond et de surface nous a permis d’envisager les

solutions techniques suivantes :

1-la construction d’un bassin de récupération au fond de la carrière : destinée à collecter les eaux au fond de la carrière ;

2- Installation d’une pompe du type 6SH8 à un niveau d’aspiration à 3m pour assurer le refoulement sur la hauteur 89m ;

3-Le fonçage d’un drain à la surface avec une hauteur de 0,150m par la pelle du type la pelle-hydraulique à godet de curage de fossés (mini pelle), qui sera

alimenté par la pompe.

La détermination des paramètres géométriques et techniques de la pompe et du fossé à travers les données de base du terrain montre leur efficacité

pour la protection du site.



En effet, ce présent rapport que nous soumettons à votre approbation est loin d’être une œuvre parfaite, cependant il reste ouvert à toutes critiques et

suggestions afin d’améliorer son contenu scientifique qui servira de référence aux futures générations.

Nous adressons nos sincères remerciements à l’endroit de la direction générale de l’institut supérieur des mines et géologie de Boké (ISMGB) à travers

elle le département des services miniers sans oublier notre aimable et consultant professeur Monsieur sylla mamadouba pour sa disponibilité et son

endurance pour notre formation.

Données de baseTableau N 1⁰ : Données de base du site

Paramètres Unités ValeursTemps d’exploitation (T) Jours (J) Mois

Capacité du libre d’écoulement (µ)

Pourcentage (%) 35

Coefficient de perméabilité (k)

Mètre par Jours (m/J) 0,5

Profondeur de la carrière (Hc)

Mètre (m) 89

Largeur du site Mètre (m) 476Longueur du site Mètre (m) 710

Nombre de parties des conduites

Néant

Nombre de vannes ouvertes

Néant 02

Puissance moyenne de la couche aquifère à

assécher (Hm)

Mètre (m) 40

Puissance de la couche aquifère libre

Mètre (m) 50

Nombre de clapets retenus

Néant 02

Nombre de coudes Néant 03Echelle de la forme du

siteNéant 1/2000

Nombre de gradin Néant 09



Hauteur du gradin Mètre (m) 10Réserve géologique Tonne(t) 2062900

Production annuelle m3/an 361066,144Densité de la roche t /m3 2,5

Coefficient d’exploitation Néant 0,9

Tableau N 2⁰ : Récapitulatif des précipitations atmosphériques de 2006 à 2010Mois

Années

Janv

ier

Févr

ier

Mar

s

Avr

il

Mai

Juin

Juill

et

Aou

t

Sept

embr

e

Oct

obre

Nov

embr

e

Déc

embr

e

2006 0,0

0,0 0,0

23,3 106,6 243,5 280,5

287,4 256,2 58 ,2 0,0

0,0

2007 0,0

0,0 0,0

78,0 115,5 208,8 260,2

380,0 249,1 49,7 0,0

0,0

201O 0,0

0,0 2,7

17,8 90,2 231,3 284,5

410,8 144,2 170,2 0,0

0,0

Moyenne 0,0

0,0 0,9

39,7 104,1 227,8 275,0

359,4 216,5 92 ,7 0,0

00


Cours de mecanique miniere

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