cours d'exploitation des mines ciel ouvert-140902182407-phpapp02

UNIVERSITE DE LUBUMBASHI

FACULTE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT DES MINES

COURS DEXPLOITATION DES

MINES CIEL OUVERT

PAR : KAMULETE MUDIANGA N.

UNIVERSITE DE LUBUMBASHI

FACULTE POLYTECHNIQUE

DEPARTEMENT DES MINES

COURS DEXPLOITATION DES

MINES CIEL OUVERT

PAR : KAMULETE MUDIANGA N.

Ingnieur civil des mines Docteur en sciences appliques Professeur lUniversit de Lubumbashi

Cours dexploitation des mines ciel ouvert Page 1 sur 254 Par Pr. Dr. Ir. Kamulete MUDIANGA Nsensu Pierre

INTRODUCTION

Lexpansion du monde industriel ces trente dernires annes

a permis un dveloppement spectaculaire des exploitations ciel

ouvert aussi bien pour lvolution de la technologie proprement dite

des matriels (leur taille et leur performance) que pour les moyens

dtudes et de contrle par ordinateur. Cest ainsi que lon exploite

actuellement par les mthodes dexploitation ciel ouvert plusieurs

gisements tels que les gisements du cuivre, de bauxite, du charbon,

du fer, dor, de diamant, de manganse et des matriaux de

construction.

Le dveloppement des exploitations ciel ouvert sexplique

par les avantages suivants :

La meilleure rcupration des gisements et une bonne

slectivit

La plus grande souplesse dans la planification de

lexploitation et de la dcouverture

La plus grande scurit de travail

La possibilit dune importante mcanisation permettant

dutiliser des grosses machines

Lensemble de ces avantages conduit gnralement des

cots dexploitation par tonne faible.

Quelques faits nouveaux lis aux progrs techniques sont la

base de lapprofondissement constant des mines ciel ouvert. Il

sagit de :

1. les engins de carrire accroissent constamment leur

possibilit de dcouverture en rduisant le prix de

revient de lunit de volume abattu et dplac, ce qui


permet daccrotre le volume total excaver par rapport

au tonnage des minerais exploiter.

2. les mthodes modernes de concentration des minerais

permettent denvisager lexploitation des gisements et

des rejets (aprs concentration) faible teneur mais

fort tonnage. Cest ainsi que certains gisements et rejets

des usines de concentration considrs jusque l comme

striles (cest--dire la teneur de coupure faible par

rapport celle exige par les installations de

concentration) peuvent tre considrs aujourdhui trs

rentables compte tenu des progrs de la mthodes de

concentration (par exemple les terrils des usines de la

Gcamines Lubumbashi). Ceci signifie galement que la

notion de gisement ou de strile est une notion relative

qui volue dans le temps et dans lespace compte tenu

des progrs technique et scientifique.

3. le progrs des mthodes de prospection amne

dcouvrir dautres nouveaux gisements superficiels dans

les pays industrialiss ainsi que dans les rgions peu

accessibles de certains pays en voie dindustrialisation.

4. il faut savoir quon dispose actuellement des moyens de

plus en plus performants dans les nombreux domaines

touchant les mines ciel ouvert et en particulier :

a) Topographie : les appareils infrarouge ont

actuellement une prcision et une fiabilit

remarquable.

b) Mcanique des roches et des sols : la connaissance

des caractristiques mcano physiques des


gisements permet partir des essais in situ ou sur

des chantillons au laboratoire, de dterminer ds

ltude dlaboration du projet, la mthode de

fragmentation des matriaux. Mais cest la

dtermination des angles des talus et des

techniques spciales dosculation qui permettent un

contrle trs prcis des bords des carrires dune

mine ciel ouvert qui est dune grande importance

pour la stabilit des travaux des travaux miniers.

c) Ces deux domaines ont une grande importance

aussi bien au moment de llaboration dun projet

par la fixation de la forme et de calcul du volume

excaver que pendant lexploitation pour assurer la

scurit et la diminution du cubage excaver, ce

qui a pour consquence la rduction du cot des

oprations minires.

d) Hydrogologie : le domaine est dune grande

importance dans certaines mines ciel ouvert cas

dans les conditions de travail dans ces dernires et

les prix de revient peuvent dpendre trs largement

du traitement des eaux (exhaure). On dispose

actuellement grce linformatique des logiciels

permettant de simuler les venues deau souterraine

et de dterminer la quantit deau pomper en vu

de rabattre le niveau de la nappe aquifre.

e) Informatique : actuellement, il existe plusieurs

logiciels permettant de rsoudre les problmes

spcifiques dune mine ciel ouvert tels que :


La stabilit des talus

Le rabattement de la nappe aquifre

La trace des plans de carrires ou design

(projets partiels ou projet global) et le calcul

de la quantit des matriaux contenue dans

les limites des projets partiels ou global

dexploitation.

La planification court et moyen terme

La simulation du transport et des extractions

minires ainsi que leurs contrles

priodiques et la mise jour.

Les exploitations ciel ouvert ont des caractristiques

particulires qui ont une grande influence sur leur prix de revient :

Elle ncessite des investissements trs importants en

quipements et parfois en travaux prparatoires dune

part et dautre part les charges financires reprsentent

une part non ngligeable du prix de revient

Lorganisation du chantier doit tre particulirement

soigne et suivie si lon veut tirer un rendement maximum

des machines ou engins dexploitation. Le matriel mis en

uvre est de plus en plus sophistiqu do la qualification

de la main duvre simpose et lentretien de plus en plus

pouss.

Lexploitation ciel ouvert se fait habituellement de deux

manires :


Par des moyens mcaniques (procd dit excavation) en

employant comme engins miniers des sondeuses, des

excavateurs, des camions bennes.

Par des moyens hydromcaniques de deux faons :

1) Dans les roches tendres avec comme quipement

principal les monitors et les pompes

2) Dans les gisements se trouvant soit dans les

rgions fortement marcageuses, soit au fond des

cours deau, soit dans les lacs avec comme

quipement principal les dragues, en particuliers

les draglines.

Dans certaines conditions, on utilise les procds manuels

pour extraire du minerai du sous-sol :

Dans les pays main duvre chre, exploiter des petits

gisements riches.

Dans les pays main duvre moins chre, exploiter

des petits gisements erratiques (irrguliers)

Lors de lexploitation ciel ouvert, on distingue trois tapes

essentielles des travaux miniers savoir :

Louverture du gisement qui est prcde par la

prparation de la surface (dbroussaillement, dboisage)

avec lasschement du champ minier

Le dcoupage du champ minier de la carrire et

lenlvement des morts terrains (striles)

Les travaux dexploitation pour lenlvement du minerai

Linconvnient majeur dans les travaux miniers ciel ouvert

est leurs dpendances aux conditions atmosphriques (pluie, vent,

neige, soleil) et des intempries peuvent provoquer des srieux


problmes aussi bien que pour le confort du personnel que pour la

rsistance et lentretien du matriel. Dans les rgions trs froides,

les aciers ordinaires peuvent se casser comme du verre, les huiles

et les graisses conglent. Dabondantes chutes de neige peuvent

interrompre pendant plusieurs jours les travaux dexploitation, des

vents violents peuvent renverser des engins (vitesse de vent ~ 100

km/h).

Pendant lexploitation du gisement deux principes suivants

sont respecter :

1) Lexploitation dun gisement doit tre conduite de telle

faon que lorsquon aura atteint son dveloppement

normal, la teneur moyenne dexploitation doit se

rapprocher dautant que possible de la teneur de

coupure. Cela conduit exploiter simultanment suivant

la proportion tablir daprs la prospection et la

slectivit des zones riches et pauvres.

2) Les travaux douverture du gisement entranent

habituellement des grosses dpenses, il faut sefforcer

de les amortir dans le dlai 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 prparatoires

permettant lexploitation immdiate du minerai.


CHAP I EXPLOITATION ET TRAVAUX

MINIERS

I.1 Mthodes dexploitation

I.1.1 introduction

En dfinissant une mthode dexploitation comme la progression

dans le temps de lensemble de gradins lintrieur de la fosse ultime,

nous avons une dfinition de la mthode dexploitation qui tient

compte de la morphologie du gisement.

Dune part, les moyens mis en uvre pour dplacer le strile

peuvent dterminer les principaux paramtres dans la classification

des mthodes dexploitation ciel ouvert, et dautre part par le choix

du matriel peut lui seul caractriser la mthode dexploitation.

Cest pourquoi on entend parler de lexploitation par draglines ou

par roues-pelles.

On remarque que les mthodes dexploitations ciel ouvert ne

bnficient pas dappellation relativement universelle comme celles des

mines souterraines.

Sur base des considrations ci-dessus, il est parfois difficile de

donner une classification des mthodes ciel ouvert.

Dans ce cours, nous allons distinguer deux catgories des

mthodes dexploitation ciel ouvert :

1. une classification qui tient compte de la morphologie du

gisement

2. une classification qui tient compte des moyens de dplacement

du strile


I.1.2 Mthodes dexploitation bases sur la

morphologie du gisement

Les mthodes dexploitation dpendant de la morphologie du

gisement peuvent tre classes en deux types principaux :

les gisements en forme damas et de filon (dressants et semi

dressants)

les gisements subhorizontaux ou tabulaires (horizontal)

Dans le premier cas, il sagit soit du gisement avec striles

juxtaposs qui, gnralement, affleurent et ayant des terrains durs,

soit des gisements ayant des terrains de recouvrement superficiels (ex :

cuivre, fer).

Dans le second cas, il sagit des gisements sans strile de

recouvrement qui affleurent (calcaire, porphyre), soit des gisements

ayant des terrains de recouvrement superficiels (lignite, charbon,)

I.1.2.1 Mthode par fosses embotes

Dans le cas des gisements en amas ou des filons, lexploitation se

dveloppe verticalement en contre bas par fosse successives

comportant du minerai et du strile que lon est oblig dexcaver, et de

dplacer au fur et mesure de lapprofondissement des travaux

dexploitation. Cest une mthode gnrale appele excavation globale,


il sagit dun grand cratre dont le profil est constitu de gradins. La

crte de chaque gradin est reprsente en plan par une courbe ferme.

Si la rgion est montagneuse, certains gradins peuvent tre

incomplets, ce qui permet priodiquement de crer des nouveaux

gradins plus profonds en faisant progresser le front des travaux en

profondeur.

La zone minire : il est toujours variable et le creusement de

linclin se ralise jusquau stade final de lexploitation.

Figure 1. Mthode d'exploitation par fosses embotes

Ce type dexploitation possde deux particularits :

la conduite des travaux dexploitation prsente un caractre

irrversible, leur volution tant fixe par une tude

pralable de la forme ultime (finale) et il est pratiquement

impossible de sen carter par la suite, ceci cause du

rapport de dcouverture important qui peut survenir en

voulant extraire une partie de minralisation non incluse

dans le projet de la fosse finale.

Le rapport de dcouverture tant fonction de la profondeur

dexploitation et de la morphologie du gisement, ses

variations peuvent dans certaines conditions tre

importantes entre deux phases dexploitation successives.


Par consquent, la planification de la production minire est lun

des problmes dlicats de ces types dexploitation. Cette mthode exige

la constitution des terrils extrieurs non loin du champ minier, des

endroits spcialement prvus cet effet.

I.1.2.2 Mthodes dexploitation par tranches

successives

Dans le cas des gisements subhorizontaux ou en plateures,

lexploitation se dveloppe horizontalement et en sefforce pour

diminuer la distance de transport du strile, de le dposer dans la

fosse aussitt aprs avoir exploit le minerai. Ce remblayage peut tre

fait soit par un seul engin (pelle ou dragline de dcouverture), soit au

moyen de pont de transfert ou des sauterelles, soit par des camions-

bennes associs aux bulldozers.

Cette mthode est appele mthode par tranches successives,

cest--dire des terrains en place qui recouvrent la couche minralise

sont dplacs et remis en arrire l o on a dj enlev du minerai.


Figure 2. Mthode d'exploitation par tranches successives

I.1.2 Mthodes dexploitations bases sur des

dplacements des striles

Les moyens mis en uvre pour dplacer les striles dterminent

les principaux paramtres de la mthode dexploitation ciel ouvert :

La hauteur et le nombre de gradins des striles et du minerai

La largeur des plates-formes de travail

Le nombre dinclins pour le transport

Le nombre de fronts dabattage, lordre et le systme de

dplacement des fronts des travaux

La quantit des rserves dcouvertes et prpares

Ainsi, on distingue cinq mthodes dexploitation en se basant sur

le mode de transport des dblais au sein de la carrire avec formation

des terrils intrieurs ou extrieurs.

1. Mthodes sans transport : cette mthode peut tre soit

simple, soit avec remaniement des dblais ou terrils. Dans

le premier cas, il sagit de la mise en terril des dblais

directement par lexcavateur employ pour lenlvement

des morts terrains. Tandis que dans le second cas, il sagit

de la formation puissante de strile. On est amen

employer un excavateur supplmentaire sur les terrils pour

rpartir la roche dverse par un excavateur de

dblaiement. Comme excavateur, on utilise les pelles

mcaniques et draglines. Les champs dapplication de la

mthode sont :

Les couches horizontales de puissance limite avec le

recouvrement de duret moyenne et dpaisseur

limite


Les couches moyen pendage incluses dans les

terrains tendres et situes faibles profondeurs. Ce

qui permet de remanier deux ou plusieurs fois le

dblais au moyen dexcavateur.

2. Mthode avec emploi dengins de transfert : la mthode est

employe lorsque les dblais sont rejets dans le terril

intrieur au moyen dengins de transport

mobiles(sauterelles et pont de transfert) et les matriels

dexploitation tant des excavateurs godets multiples. La

mthode est utilise lors de lexploitation des couches

horizontales ou subhorizontales de recouvrement meuble et

dune grande paisseur.

3. Mthode spciale : cest une mthode o les dblais sont

vacues au moyen des engins suivants :

Scrapers

Monitors et pompes

Grues

Convoyeurs avec stackers (rembalyeurs) ; les deux

premiers types dengins sont utiliss lors de

lexploitation des couches horizontales et

subhorizontales de recouvrement tendre et meuble.

Tandis que les deux derniers moyens sont utiliss

lorsque la couche minralise doit avoir un fort

pendage et tre incluse dans les terrains durs.

4. Mthode avec transport des dblais : cest une mthode

utilise dans toutes formes de gisements (horizontal, semi

dressant et dressant) et de toute duret de recouvrement en

employant les excavateurs de tout type. Le transport des

dblais se fait par divers engins de transport (camion,


locomotives et wagons, convoyeur bandes) vers le terril

extrieur ou intrieur.

5. Mthode mixte : elle est employe lors de lexploitation des

couches horizontales ou peu inclines, de puissance limite

et de recouvrement tendre, meubles ou de duret moyenne.

Les dblais provenant des gradins suprieurs o lon

emploie les excavateurs de tout type sont transports dans

les diffrentes units de transport (camions, locomotives et

wagons, convoyeurs bande) jusquau terril intrieur ou

extrieur, tandis que les dblais provenant des gradins

infrieurs ou lon utilise les excavateurs organe de travail

de grandes dimensions sont rejets dans le terril intrieur

au moyen des excavateurs et dans le terril extrieur au

moyen des engins de transport.

I.1.4 Types de fronts de carrires et ordre de

progression

Selon lordre, la position des tranches daccs au front des

carrires sur le niveau dexploitation, on distingue trois principaux

cas :

1. Front unilatral


Figure 3. Front unilatral

2. Front bilatral

Figure 4. Front bilatral

3. Front central

Figure 5. Front central Le front central demande des investissements

supplmentaires pour donner accs au gisement par rapport

aux schmas unilatral et bilatral (les deux premiers


schmas). En contre partie, il assure le travail

indpendamment des moyens dexploitation (minimum deux

excavateurs sur le mme niveau dexploitation)

Dune faon gnrale, lordre de lextraction des matriaux

suivant le front de carrire dun gradin quelconque est dtermin par

des moyens dexcavation et de transport. On distingue essentiellement

les types dextractions suivantes :

1. Extraction par tranches horizontales de faible hauteur avec

disposition des enlevures en direction du front des gradins.

Cette mthode convient lemploi des scrapers et des

bulldozers (par exemple lors de lexploitation des gtes

alluvionnaires de diamants)

2. extraction par tranches verticales de faibles paisseur

suivant le talus du gradin. Ce procd est pratiqu lors de

lutilisation des excavateurs chanes godets.

3. Extraction par enlevures orients dans la direction du front

des gradins : ce procd est gnralement rpandu

lorsquon utilise des pelles mcaniques et hydrauliques

accompagnes des camions-bennes ou des locomotives et

des wagons.

4. Extraction par enlevures orientes transversalement par

rapport au front de gradin : ce procd est gnralement

pratiqu lorsquon utilise la roue pelle accompagne

habituellement des moyens de transport suivants :

convoyeur bandes, parfois locomotive et wagon ainsi que

draglines.

La vitesse de progression du front de carrire est donne par

lexpression suivante :

HgLPaV

eff

.

= (m/an)


Avec Pa : la production annuelle en m3/an

Lef : la longueur totale du front de carrire sur tous les

niveaux dexploitation en m

Hg : la hauteur du gradin en m

Dans les carrires contemporaines, la vitesse de progression du

front de carrire varie de 30 400 m par an. Cette progression est la

plus faible dans les gisements semi dressants et dressants exploits

par la mthode des fosses embotes ; et la plus grande dans les

gisements en plateure exploit par la mthode des tranches

successives.

I.2 Elments fondamentaux en mine ciel

ouvert

Le stade principal en mine ciel ouvert consiste largir petit

petit une tranche de dcoupage dont les parois sont tailles et

prennent par la suite la forme dun gradin.

I.2.1 Gradins

Cest un lment fondamental technologique de lexploitation

ciel ouvert reprsentant une partie des morts terrains ou du gisement

enleve de manire autonome et qui est desservi par des moyens de

transport qui lui sont propres.

Chaque gradin a gnralement deux surfaces dgages :

Le front dattaque

Le talus du gradin

Les lments gomtriques et technologiques sont sur la figure ci-

dessous :


Figure 6. Elments gomtriques et technologiques d'un gradin

1. Toit du gradin : cest la surface horizontale limitant le

gradin sa partie suprieur

2. Mur : cest la surface horizontale limitant le gradin sa

partie infrieure

3. Talus : la surface latrale incline limitant le gradin du cot

vide de lexploitation

4. Front dattaque : cest lemplacement o lexcavateur

travaille

5. Arrte suprieure : cest la ligne dintersection entre le toit

et le talus

6. Arrte infrieure : cest la ligne dintersection entre le mur

et le talus

7. Angle du gradin : cest langle form entre le mur et le

talus. Cet angle est choisi suivant la nature des roches et

particulirement en fonction de leur nature.

La largeur de la plate forme de travail est habituellement de 10 m

afin de faciliter les manuvres de transport.


Les gradins qui reculent au cours dexploitation ciel ouvert sont

appels gradins en exploitation. Les gradins autres que ceux en

exploitations sont limits par des plates formes troites dont la largeur

est de 20 50 % de la hauteur du gradin. Ces plates formes sont

destines amliorer la stabilit des talus et on les appelle banquettes

de scurit.

Une partie de lenlevure limite en longueur par des moyens

dabattage et de chargement indpendant sappelle bloc.

Figure 7. Schma d'un bloc d'exploitation

Dune carrire quelconque ou mine ciel ouvert, lensemble des

gradins en exploitation constitue en gnral une vaste excavation dont

la configuration gnrale est reprsente par la figure suivante :

Figure 8. Coupe verticale d'une mine ciel ouvert montrant certains lments fondamentaux ciel ouvert

La plate forme infrieure du dernier gradin sappelle le fond de la

carrire.


I.2.2 Bords de la carrire

Les bords de la carrire sont des surfaces latrales limitant les

vides crs par lexploitation. Ce sont des plates-formes et des talus

des gradins.

On distingue :

Les bords de travail

Les bords inexploits

Les bords de travail reprsentent un ensemble de gradin sur

lesquels les travaux dexploitation sont excuts progressivement. Les

bords inexploits sont des bords o lon neffectue pas les travaux

dexploitation et sont utiliss pour lvacuation des produits et la

scurit des travaux.

Souvent, on prend comme niveau de rfrence, le niveau de la

mer. Ici Lubumbashi, nous sommes au niveau 1200. Ainsi, la

surface du sol est considre ce niveau. Si nous descendons de 10

m, nous avons successivement 1190 m ; 1180 m ;

I.2.3 Contour de la carrire

Le contour suprieur de la carrire est lintersection du bord

suprieur de la carrire et la surface vierge. Tandis que le contour

infrieur est lintersection du bord infrieur de la carrire et de son

fond.

I.2.4 Talus de la carrire

La position principale du bord de la carrire en tout moment

dexploitation est caractrise par le talus de la carrire. Ce dernier

reprsente une surface imaginaire passant par le contour suprieur et

infrieur de la carrire.

Langle de talus de la carrire est dtermin en fonction de :

La position de la profondeur dexploitation Hx


La largeur de la plate forme de travail et banquette de

scurit

La tenue des roches formant le bord de la carrire

Pour les bords de travail, langle de talus 1 est toujours infrieur

celui du bord inexploit 2.

Dune faon normale, on adopte des angles des talus plus faibles

pour une roche de mauvaise tenue. Par contre, on adopte des angles

plus levs pour une roche de bonne tenue.

Le talus de liquidation est la pente gnrale des talus de la

carrire dans la phase finale de ses activits. Il est choisi sur base des

calculs spciaux de manire assurer la stabilit des bords de la

carrire et la diminution des striles excaver. Pratiquement, langle

de talus de liquidation correspond dans la plupart des cas langle de

talus de la carrire du cot du bord inexploit. Cest--dire ''22 =

I.3 Travaux miniers

I.3.1 Dcouverture

La dcouverture est lenlvement du mort terrain qui recouvre un

gisement dans le but de lexploiter ciel ouvert. Les gisements sont

exploits ciel ouvert. Relief du terrain est favorable aux travaux

daccs et que le prix de revient dune tonne du minerai tout venant est

infrieur celui quun obtiendrait en utilisant lexploitation souterrain

ainsi quau cours du march dune tonne du minerai extraite.

La dcouverture dun gisement se fait par le creusement des

tranches principales qui donnent accs la couche minralise et des

tranches de dcoupage qui prparent le champ de la carrire

lexploitation.


I.3.2 Rapport de dcouverture

Le rapport de dcouverture est le rapport entre la quantit de

strile et la quantit du minerai extraite simultanment dans un projet

ou phase dexploitation.

Ce rapport apparat comme une caractristique moyenne ralise

un stade dexploitation ou ralise 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 dcouverture.

Mathmatiquement, le rapport de dcouverture est dfini par

QmQsRd = ; Avec :

Rd : le rapport de dcouverture

Qs : la quantit de strile extraite ou excave

Qm : la quantit du minerai extraite.

Le rapport de dcouverture peut tre exprim

Soit en m3/ m3, on parle du taux de dcouverture volumtrique

Soit en t/t, on parle du taux de dcouverture pondrale

Soit en m3/t, on parle du rapport de dcouverture qui reprsente

le cubage du strile excav pour extraire une tonne de minerai.

Le rapport de dcouverture dpend de la morphologie du

gisement et de la profondeur laquelle celui-ci se trouve.

I.3.2.1 Mine ciel ouvert avec Rd constant

Il sagit des mines ciel ouvert o le rapport de dcouverture

reste constant durant toute lexploitation. On arrive une telle

volution lorsque la couche minralise a une grande extension

horizontale et un recouvrement rgulier des striles (gisement en

plateure ou subhorizontal). Dans ce cas, on peut approximativement

dfinir le taux de dcouverture par le rapport de lpaisseur des striles


Hst de recouvrement la puissance moyenne ma du gisement. Ce qui

sexprime :

am

HstRd =

Figure 9

I.3.2.2 Mine ciel ouvert Rd variable

Il sagit des mines ciel ouvert o le Rd varie avec

lapprofondissement des travaux dexploitation. Dans ce cas, comme le

Rd augmente avec la profondeur dexploitation (gisement dressant et

semi dressant), le prix de revient dune tonne extraite ciel ouvert qui

lui est proportionnel varie de la mme faon.

Figure 10

Lexpression du Rd par unit de ltendue du gisement se dfinit

par


QmQsQsQsRd 321 ++= (m3/t.s)

Avec 1Qs : la quantit de strile de recouvrement Qs2 et Qs3 : la quantit de strile intercalaire ciel ouvert. Ainsi, la limite de rentabilit ciel ouvert correspond

lgalit de ces deux prix de revient. Donc Ps=Pt, et Ps = Pe+Rd.Pd

Ce qui donne Pd

PePsRdl =

On arrte lexploitation ciel ouvert lorsque le Pr dune tonne de

minerai extraite en ciel ouvert est suprieur au prix de vente dune

tonne de minerai extraite ou traite. Dans ce cas, la limite de

rentabilit diune mine ciel ouvert correspond lgalit de ces

derniers : Pt=Pv et Pe+Rd.Pd ; ce qui donne Pd

PePvRdl =

La dtermination du rapport limite de dcouverture ncessite des

tudes assez complexes. Le passage de la mine ciel ouvert celle

souterraine nest pas du tout une simple opration.

I.3.3 temprament

Cest le rapport entre la quantit totale des matriaux excavs

(strile et minerai) exprim en m3 et la quantit des minerais

valorisables en tonnes sches (ts) ralise un stade dexploitation.

Mathmatiquement, le temprament est exprim par le rapport

suivant :

QmvQmsTe = (m3/ts)

Avec Qms : le cubage total des matriaux excavs et dplacs en m3

Qmv : le tonnage total du minerai valorisable extrait en tonnes sches


Graphiquement, le temprament est reprsent comme le montre

la figure ci-dessous qui, en ralit, est irralisable cause des alas de

la production.

CET

I MA

X

Cu

ba

ge

to

tal

( m

ine

rai-

st

rile

)

Figure 11. Courbes des tempraments

I reprsente le point initial des activits

F reprsente le point correspondant un certain stade

dexploitation ou un point final des activits dexploitation.

On remarque que le temprament reprsente alors la pente ou le

coefficient angulaire de la droite IF. Lexpression du temprament

suppose quune tude pralable de teneur de coupure a t faite et cela

en fonction de lvolution des techniques de rcupration et du prix

du mtal sur le march considr long terme.


En effet, suivant lvolution du cours de mtal sur le march

international et des techniques minralogiques et mtallurgiques de

rcupration, on peut soit abaisser, soit lever la teneur de coupure.

Dans la conjoncture favorable o la valeur du mtal est leve,

on peut produire des concentrs des teneurs plus basses, donc

on abaisse la teneur de coupure. Ce qui entrane gnralement la

rduction de la quantit des striles enlevs et une augmentation

des rserves valorisables. Dans ce cas, le temprament est dfini

par la tangente tg F qui est la pente de la droite IF.

Dans la conjoncture qui est dfavorable, il faut au contraire

produire des concentrs plus riches pour que lexploitation

puisse tre rentable. Donc on augmente la teneur de coupure. Ce

qui entrane normalement une diminution de la quantit du

minerai valorisable et une augmentation de la quantit des

striles. Dans ce cas, le Te est dfini par tg aF qui est la pente de

la droite IF.

Compte tenu des contraintes relles de lexploitation on prend en

considration dans le calcul du Te et du transport des produits depuis

le front dabattage jusqu leur point de destination, ainsi que les

tonnes mtal vendables, on introduit ainsi dans la formule du Te la

notion des distances standards et celle de tonnes mtal. On obtient la

formule plus largie du Te qui peut sexprimer comme suite :

mtaltonnestkmmTe

=.

3'

Avec km.st : kilomtre standard

N.B : la teneur de coupure est la teneur limite en dessous de laquelle

le minerai nest plus exploitable conomiquement. Cette teneur est

troitement lie la technologie utilise pour la rcupration des

mtaux valorisables tant au niveau de la minralogie quau niveau de

la mtallurgie.


Le temprament et le rapport de dcouverture sont lis par

lexpression suivante :

Sachant que min

minT

VstVTe += ; avec Vmin le volume du minerai extrait et

Vst le volume de strile enlev en m3 ; et Tmin le tonnage du minerai

extrait en ts.

Or minT

VstRd = ;

Ainsi lexpression du temprament devient :

RddT

VstTd

TT

VstTVTe +=+=+=

min1

minmin.minmin

minminmin

On retient donc que Rdd

Te +=min1

Avec dmin , la densit du minerai

I.3.4 Distance standard

La plupart des mines ciel ouvert vacuent leurs produits par

un systme pelle benne ou chargeuses bennes.

Ce systme est celui qui offre une grande souplesse et qui

sadapte aux conditions varies que peut connatre une exploitable

ciel ouvert. Ses avantages sont bien souvent dcisifs car dune

manire gnrale, le transport constitue sur le plan conomique, la

plus grande partie du cot dexploitation minire.

Dans ce qui suit, nous allons nous limiter la formulation de la

distance standard, ce qui nous permettra davoir une base de

comparaison des diffrentes conditions.

I.3.4.1 Dfinition

La distance standard reprsente une distance fictive quaurait

effectu une benne une vitesse moyenne hors carrire sur un plat

horizontal pendant un temps gal la moiti du temps de cycle sur un

circuit rel.


On peut galement la dfinir comme une mesure en carrire pour

les distances parcourues par les bennes en contrlant 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 sest impose suite certaines

difficults concernant :

Les vacuations de la production

La comparaison de deux chantiers diffrents ou de deux

carrires ou de deux poques diffrents.

Ainsi, il fallait un moyen conventionnel pour :

Pouvoir uniformiser le transport dans les diffrents chantiers ou

carrires

Pouvoir prvoir les heures bennes ncessaires pour lvacuation

dun cubage donn.

Mieux planifier les travaux, les contrler et les valuer.

La dfinition de la formule de distance standard, exprime en m3/h

est la base de la base de la notion de la productivit exprime en

m3 km.st/h.

La formule de distance standard tend exprimer la ralit et elle

doit faire lobjet dune vrification frquente pour couvrir les effets

saisonniers et dceler les amliorations possibles telles que :

Temps dattente

Temps de chargement

Vitesse moyenne des camions ou bennes, etc

I.3.4.3 Etablissement de la formule de distance standard

Etant donne la complexit du problme de transport et des alas

de la production, on va se limiter lors de ltablissement de la formule

de distance standard aux facteurs essentiels suivants :

Le type ou ltat mcanique du camion ou benne utilis

La composition du travail (inclin, horizontal)


Le type de terrain (tendre ou abattu)

Par ailleurs, on doit respecter les hypothses suivantes :

Les bennes roulent de la mme faon (ce qui nest vrai)

Ltat des trajets des chantiers est bon

Le positionnement de la benne par rapport lexcavateur est

convenable

Les oprateurs des excavateurs ainsi que les chauffeurs des

bennes ont les mmes habilits.

a) Profil du trajet : chantier dexploitation/remblai

Figure 12. profil du trajet: chantier d'exploitation/ remblai

A : fond de la carrire

B et D : inclins (8% 10 %)

C : Hors carrire

E : remblai

b) Temps de cycle benne

Ce temps est dfini par : T= Tv+Tf ; Avec :

Tv : temps variable=Ta+Tr (Ta : temps aller (benne charge)

et Tr : temps retour (benne vide) et Tr : temps retour (benne

vide)

Tf : Temps fixe qui est dfini par :

mvttmrgttdtmctctatttmaTf '' ++++++= ; Avec : tma : temps de manuvre sur chantier

Tatt : temps dattente la pelle

Tc : temps de chargement du camion


Tmc : temps de manuvre de dversement sur

remblai

Td : temps de dversement ou de dchargement

Tmrg : temps de ravitaillement en gasoil rapport au

temps de cycle de la benne sans attente la pelle

Tmvt : temps de la visite dune benne rapport au

temps de cycle de la benne sans attente la pelle.

c) Vitesse moyenne de la benne

Connaissant la distance de chaque troncon parcouru par les

bennes ainsi que le temps ncessaire pour parcourir cette

distance(dterminer par.

1. sur linclin : le temps ti pour parcourir la distance Di

sur linclin la vitesse Vi est donn par : ViDi

ti = . La

distance standard sur linclin vaut : VhViDiVhtiiDst == .. .

Laccroissement unitaire par rapport la dnivellation

v en prenant en considration la pente p exprim en %

est donn par : )1(1

'

==

ViVh

ppI

I

Figure 13. Profil du trajet sur inclin

DvDiDst Ii'+=


2. Sur le remblai : sur le remblai, le temps pour parcourir

la distance Dr la vitesse Vr est donn par : VrDr

tr = . La

distance standard pour le remblai vaut : VhVrDr

rDst =. .

Laccroissement absolu )1( ==VrVhDrDrVh

VrDrR

Laccroissement unitaire : 1==VrVh

DrR

r .

Do DrDrrDst r+= .

3. Hors carrire

Le temps th pour parcourir la distance Dh hors carrire

la vitesse Vh est donn par : VhDh

th = . La distance standard

hors carrire vaut : DhVhVhDhhDst ==.

La distance standard vaut :

KDrDDfDst rIff ++++= '

Avec

Df : distance horizontale au fond de la carrire dont la valeur ne

peut excder 200 m. on suppose que lexcdant est une

bonne piste et la benne peut rouler la vitesse Vh

Dv : distance correspondant la dnivellation entre le point de

chargement et de dchargement

Dr : la distance horizontale sur le remblai dont la valeur ne peut

excder 200 m. on suppose que lexcdant est une bonne

piste et que la benne peut rouler la vitesse Vh

K : terme reprsentant une distance fictive correspondant au

temps fixe Tf que lon calcule par lexpression suivante :

2.VhTfK = . Le terme K est variable suivant :

o Le mode de chargement


o La nature des terrains chargs

o Dautres facteurs tels que la pluie, le mauvais tat de

chantier ou du remblai, route glissante

Calcul du terme Tmrg

Le temps moyen de ravitaillement en gasoil Tmrg se calcule par

lexpression suivante : nHthTrgTmrg .= (s/h),

Avec

Trg : Temps de ravitaillement en seconde et n le nombre de fois

que la benne passe au ravitaillement en une journe.

Hth : heures thoriques de travail dune benne par jour

Le temps moyen de ravitaillement en gasoil Tmrg rapport au

temps de cycle en minutes de la benne sans attente la pelle est

calcul par lexpression suivante :

DcyTmrgmrgT60

' = (s/cycle benne)

Avec Dcy : dure du cycle de la benne sans attente la pelle en

minute.

Calcul de Tmvt

le temps moyen de visite dune benne par heure se calcule par :

nHthTvt

mvtT =' (s/cycle benne)

avec

Tvt : temps de visite dune benne en s

n le nombre de visite par jour

le temps moyen de la visite dune benne Tmvt rapport au temps

de cycle de la benne en minutes sans attente de la benne la pelle est

calcul par lexpression suivante :

DcyTmvtmvtT60

' = s/cycle benne


I.3.4.4 Dtermination de la distance standard dune

carrire

Elle se dtermine de la manire suivante :

lon dtermine la distance de chaque trajet par lapplication

de la formule gnrale de la distance standard

connaissant le cubage transporter sur chaque trajet, on

calcule pour ce dernier le m3 km.st

on fait la sommation des m3 km.st de lensemble des trajets

de la carrire pour une priode bien dtermine.

Enfin, on dtermine la distance standard de la carrire en

divisant le total de m3 km.st de la carrire par le cubage

planifi durant une priode bien dtermine (cela peut tre

un mois, un trimestre, un semestre, une anne)

Nous avons la formule :

CpstkmmDst ii

n

ii

.

31=

=

Avec :

Dsti : la distance de la carrire en km.st

n : le nombre de trajets de la carrire

m3i : le cubage transporter par trajet i

km.st i : la distance standard du trajet i

Cp : cubage planifi de la carrire pour une priode

dtermine.

Remarque

Dans les mines ciel ouvert de la GCM, on utilise les formules

suivantes pour le calcul de la distance standards :

mDvDhDst 50010 ++= (Traction lectrique)

mDvDhDst 1755 ++= (Traction lectrique)

DfDrDvDhDst 35,0455,16,11 +++= Nouvelle formule


A la Minire de Bakwanga (MIBA), on utilise les formules

suivantes :

KDrDfDvDhDst ++++= 5,021,188,27 Avec K=1190 m (pour la pelle DEMAG)

I.3.5 Squences dexploitation, avance et retard

en dcouverture

Il est trs indispensable de reprsenter graphiquement la

squence dexploitation par le lieu gomtrique des points reprsentant

les tats de la carrire par lesquels lvolution du profil sappuie en se

dveloppant dans lespace.

A lintrieur dune mme cavit minire, il existe une infinit de

squences dexploitation tendant vers le profil rsiduel (ultime). De ce

fait, il est dune importance capitale de choisir la meilleure volution

possible, cest--dire la squence dexploitation rationnelle.

Lensemble des points dun plan tant isomorphe, nous serions

donc amens reprsenter un tat de la carrire par un point du plan

dont les composantes sont :

Le cubage total (strile et minerai) circonscrit par un tat de la

carrire en ordonne

Le tonnage de minerai circonscrit par cet tat de la carrire en

abscisses

Comme il existe une infinit de profils ou squences

dexploitation permettant dextraire en y annes x tonnes sches de

minerai, nous considrons par exemple deux carrires afin dtudier

lavance et le retard en dcouverture.


CET

I MA

X

Cu

ba

ge

to

tal

( m

ine

rai-

st

rile

)

La premire carrire qui extrait x tonnes sches de minerai avec un

minimum de cubage total et dont lvolution est reprsente sur la

figure ci-dessus par la droite IR. Cette carrire est caractrise par un

temprament partiel qui est la pente de la droite IR.

La deuxime carrire qui extrait x tonnes sches de minerai avec

un grand cubage total (strile et minerai) et dont lvolution est

reprsente par la droite IA ; cette dernire est caractrise par un

temprament partiel qui est la pente de la droite IA.

Lvolution de la carrire suivant la droite IR se fait avec retard

en dcouverture par rapport aux objectifs M et F. Tandis que

lvolution de la carrire suivant la droite IA se fait avec avance en

dcouverture pour les mme objectifs. Entre les points initial et final, il

existe une infinit de squences dexploitation dont toutes les courbes

reprsentatives aboutissent au mme point final F.


Lenveloppe de toutes les courbes situes droites et en bas de la

droite IF est appele courbe dexploitation temprament

instantan minimum (CETIMIN). Dans cette squence dexploitation

thorique, on cherche donc chaque moment tout au long de la vie de

la carrire effectuer un terrassement marginal un taux de

temprament minimum.

Il est vident quun projet dexploitation dune carrire ne peut

tre bas sur une CETIMIN. La zone en dessous de la CETIMIN est la

zone dpuisement des minerais dcouverts dans les limites du champ

minier avec comme consquence larrt dextraction des minerais tout

venant. La zone entre la droite IF et la CETIMIN est une zone

dextraction excessive avec la constitution des remblais en minerai tout

venant par dpassement dans la plupart des cas de la capacit de

lalimentation de lusine de traitement.

Financirement parlant, la stratgie IR correspond un

investissement rduit court et moyen terme du fait que le prix des

engins miniers la disposition de lexploitation (engins dexcavation,

de chargement, de foration, de transport et de terrassement) est moins

important dans lvolution IA avant sa dcouverture. En ce qui

concerne le long terme, un financement important est exig et avec

comme consquence un surquipement la fin de la dure de la vie de

la carrire (non amortissement complet des engins des engins). Cette

stratgie ne met nullement lexploitant labri des impondrables

pouvant surgir tout au long de la dure dexploitation de la carrire.

Lenveloppe de toutes les courbes en haut et gauche de la

droite IF est appele courbe dexploitation temprament

instantan maximum (CETIMAX). Dans cette squence dexploitation

thorique, on cherche donc chaque moment tout au long de la vie de

la carrire effectuer un temprament un taux de dcouverture

maximum. La zone entre la droite IF et la CETIMAX conduit la


rupture des alimentations en minerai des remblais et des usines de

traitement dans le cas dune seule carrire. Tandis que la zone au-del

de la CETIMAX est une zone dexcavation excessive des striles avec

comme consquence larrt dextraction des minerais tout venant.

Ainsi donc, on doit prvoir une avance en dcouverture

permettant :

De rgulariser le cubage total annuel dplacer

De se prmunir contre les vnements imprvus

De ne pas modifier frquemment la composition du parc de

matriel en faisant varier chaque anne les tempraments

avec comme consquence le surquipement au stade final

de lexploitation de la carrire.

Enfin, on peut conclure que laccumulation des retards en

dcouverture et leur report plus tard ne font que reporter une

priode venir tous les efforts et tous les investissements quil faudra

rpartir judicieusement dans le temps.

I.3.6 Principales oprations technologiques

Une entreprise autonome dans le cadre duquel se ralise

lexploitation ciel ouvert porte le nom de carrire ou dcouverte ou

mine ciel ouvert.

Dans lensemble des travaux miniers dune carrire, on distingue

quatre oprations technologiques principales :

Labattage (avec ou sans explosifs selon la nature de la roche)

Le chargement des produits

Le transport

La constitution des terrils (ceux-ci peuvent tre intrieurs ou

extrieurs) ainsi que la constitution des remblais en minerai.


Outre ces quatre oprations technologiques principales, nous

pouvons aussi parler de lexhaure, de la stabilit des talus et des

travaux de terrassement.

Pour les terrils extrieurs, on utilise les moyens de transport

adapts (bennes, locomotives et wagons).

Dans les rgions plates, on incline les voies en les installant sur

les remblais dont la hauteur augmente progressivement, parfois on

utilise le relief de la rgion (ravins, dpressions).

Les terrils intrieurs se font sans moyen de transport en jetant le

strile dans les vides cres par lexploitation ; cette opration appele

transfert se fait par des pelles mcaniques et draglines de

dcouverture, ponts de transfert et sauterelles. Quil soit intrieurs ou

extrieurs, les terrils ont soit un seul ou soit plusieurs gradins

pouvant stendre par dplacement soit parallle, soit en ventail, soit

en anneaux.

Figure 14. Extension en parallle

Figure 15. Extension en ventail


Figure 16. Extension en anneau

En mines ciel ouvert, il existe deux schmas types des quatre

oprations technologiques selon quon se trouve dans les roches dures

ou dans les tendres.

1. dans les roches dures

Stackers, sauterelle

Bulldozers Charrues

Locomotive et wagons

Camions convoyeur

Concasseur

Excavateur godet unique Chargeuse frontale

Foration et minage Abattage

Chargement

Transport

Mise en terril & constitution des remblais en minerai


2. dans les roches tendres

I.3.7 Dispache

I.3.7.1 Dfinition et rles

Le mot dispatche est un mot dorigine anglaise qui signifie

expdition. Tandis que le dispatching est dfini comme un centre de

commande qui assure le trafic jouant un grand rle dans lexploitation.

Tout dispatching minier a pour objectif dutiliser au mieux les

moyens de production.

Dans une mine ciel ouvert, le dispatche doit permettre de

o faire respecter le programme de production par une

rpartition intelligente du matriel (moyens de production)

o faire ressortir les causes de chmage et toutes sortes

danomalies en vue damliorer le taux dutilisation des

engins

Le dispatche a comme rle :

o assurer la gestion des engins dexploitation (pelles,

chargeuses frontales, scraper roues, sondeuses,

Abattage et chargement

Transport

Excavateur godet unique

Locos & wagons

Camions

Charrues Bulldozers Stackers ou rembalyeur

Sauterelles

Sauterelles Convoyeurs Ponts de

transfert

Pompage

Excavateur godets multiples

Monitors

Mise en terril & constitution des remblais minerais


bulldozer, niveleuses ou graders, des camions-bennes, des

convoyeurs bandes, des locomotives) et du personnel

(situation des chauffeurs, des conducteurs des engins

miniers, des oprateurs pelles). Le dispatche permet

galement de constituer un pont entre les diffrents

services de maintenance (suivie des pannes et

rorganisation de la planification).

o Contrler les entres des engins miniers sur le chantier,

ainsi que leurs sorties vis--vis de la maintenance

o Rgulariser les alimentations des usines de traitement

(laverie, concentrateur) sur base des teneurs renseignes

sur diffrents remblais en minerais ou diffrents fronts

dattaque.

o Planifier la production selon les objectifs atteindre

(organisation des chantiers sur base des performances des

engins dexploitation, exploitation selon les priorits

fixes)

o Pour mieux utiliser les moyens de production dans une

mine 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 ferres)

o Transport du personnel

o Ravitaillement en carburant de chaque type dengin

o Reprise des remblais en minerais

o Service de transport par courroie

I.3.7.2 Diffrents types de dispatche

A. Dispatche non informatis : il sagit du dispatche non

assist par ordinateur. Pour arriver coordonner les

diffrents services, le dispatche est muni de radios sous


diffrentes frquences qui tablissent une communication

continue entre les diffrents oprateurs. Lors de lutilisation

du dispatche non informatis, il a t mis en vidence les

faits suivants :

A. des informations transmises dans le

systme sont souvent :

o peu fiables

o fausses ou partielles

o discontinues

o sujettes des rectifications

impossibles

o dpendantes de lhumeur et du

niveau intellectuel de lagent

metteur (dispacheur, conducteur

benne, oprateur pelle)

B. le travail seffectue avec beaucoup

dincertitudes et une dcision prendre

est difficilement justifie

C. lintervention des exploitants sur chantier

est tardive en cas de chute de rendement

D. lerreur dans le calcul du rendement et les

heures dutilisation des engins sur

chantier et leur mise en disposition

B. Dispatche informatis : la conception du systme

informatis sera base autour de trois modles distincts :

1. modle semi automatique : il sagit dun systme dont les

donnes informatiser, essentiellement les voyages bennes

ou voyages locomotives sont introduites lordinateur par

le dispacheur via communication radios. Le traitement se

fera automatiquement par lordinateur qui, en retour,


calcule, analyse, dcide laffectation de lunit de

transport(benne, locomotive et wagons) lexcavateur et

en cas danomalie, lordinateur renvoie des messages

appropris qui permettent au dispacheur de rorganiser le

dispatching. Ce systme ne permet pas didentifier et

localiser les units de transport. Lquipement minimum

comprend :

a. mini ordinateur

b. terminal chaque sortie des carrires

c. poteau tl indicateur.

i. Le principe de fonctionnement est le suivant :

la sortie de la carrire se trouve un dispacheur

qui signale le mouvement des units de

transport lordinateur install au dispatche

laide des touches dun terminal. Quand une

benne charge quitte la carrire vers un remblai

en minerai ou strile, au retour le chauffeur

benne lira lentre de la carrire sur un poteau

tl indicateur sa nouvelle affectation.

Linconvnient du systme est que linformation

reue au dispatche nest pas toujours fiable.

Lavantage est que laffectation des bennes est

optimise.

2. Modle semi-automatique amlior : ce systme est bas

autour dun micro-ordinateur et des systmes de

transmission monts sur les bennes, les donnes sont

fournies directement lordinateur par le systme de

transmission mont sur les bennes en passant par une

station relais compte tenu de la configuration de la ou des

carrires. Les donnes transmises lordinateur sont


traites automatiquement. En cas danomalie, lordinateur

informe le dispacheur qui, par le moyen manuel (radios,

phonie) informe le chauffeur de la benne. La circulation des

informations sera automatique entre les units de transport

et lunit de traitement, par contre les dcisions seront

donnes manuellement.

3. Modle full automatique

1) Objectif du modle : il sagit de lintgration totale de toutes les

oprations de dispatching et surtout des oprations minires lies

lexploitation. Un procd automatique savre une ncessit surtout

dans le cas de plusieurs carrires tant donn que le nombre

dunits de transport et dexcavateurs mis en exploitation amne un

dbit de message radios tel quil est impossible au dispacheur

dinformer lordinateur rapidement de nouvelles situations. Do ce

dernier naura donc pas choisi la solution optimale. Le systme full

automatique reste donc un systme idal pour les oprations

complexes de grandes carrires. A part lobjectif principal de tout

dispache dutiliser au mieux les moyens de production, le dispatche

full automatique vise la maximisation de la production par

optimisation des affectations des bennes sur diffrents chantiers,

do laugmentation du taux dutilisation des bennes. Cette

augmentation est tributaire :

1) de lutilisation des engins de transport ayant plus ou

moins la mme capacit de transport (standardisation de

la flotte des bennes)

2) du matriel de localisation automatique des engins de

transport

3) du nombre de pistes assez grand pour permettre une

optimisation aise des affectations des bennes. La

rpartition convenable des engins de transports fera


accrotre la production journalire et, partant la

production annuelle. On peut arriver cette amlioration

par :

o la diminution des temps dattente

o la rpartition optimale des units de transport

o les services constants des engins

o la rorganisation rapide des chantiers en cas

dincident

2) Principe du modle full automatique : dans ce modle,

toutes les oprations sont conduites automatiquement :

1) les donnes sont transmises directement

lordinateur par systme informatique (capteur

et convertisseur) mont sur les engins

2) lunit de traitement analyse les donnes et

prend immdiatement les dcisions qui sont

alors transmises lengin suivant le mme

processus

3) les messages fournir aux conducteurs des

engins seront soient affichs sur les crans

lumineux, soient par synthse vocal traduit

directement en messages vocaux. Ce systme

est plus rationnel mais le plus coteux

3) Grandes subdivisions du dispatche informatis full automatique :

ce type de dispatche est subdivis 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 cods entre le dispatche et les diffrents

oprateurs


3) un ordinateur qui, ayant reu des informations

en temps rel, calcule, analyse et optimise

laffectation des units de transport.

Lordinateur fait intervenir des facteurs tels que

les disponibilits des engins et les tats des

pistes

4) Equipement minimum requis pour le dispatche informatis full

automatique : Nous citons uniquement les composants du

systme en montrant leurs fonctions respectives :

1. Ordinateur : il est plac au dispatche. Il calcule et

dcide sur base dun programme prtabli, adapt aux besoins et aux

caractres particuliers de la carrire.

2. Priphriques : ce sont des quipements installs

la tour de contrle et relis lordinateur par cbles tlphriques

(ariens) ou souterraines. Ces priphriques consistent essentiellement

en trois crans :

un cran o le dispacheur surveille les dplacements des bennes

matrialiss par des points lumineux, colors et cods

un deuxime cran o 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, cest le

computer qui tablit les dcisions lies des

renseignements en temps rels base desquels les bennes

se dplacent

un troisime cran o est affich le journal des dcisions du

dispacheur


3. Microprocesseurs : ils sont installs au broyage,

dans les bennes, dans les pelles, dans les balises, au dispatche. Ils

facilitent la liaison entre computer et systme radios

4. Radios : ils sont placs dans les cabines des

bennes, des pelles et lusine de traitement. Ces derniers sont munis

en plus de microprocesseurs, des consols et crans qui facilitent la

transmission et la rception des instructions. Une antenne rceptrice

place un point culminant facilite la transmission des signaux

5. Balises Beacon : ce sont des appareils placs

aux endroits stratgiques tels qu la pelle, lentre de lusine de

traitement, le long des routes Leur rayon daction varie entre 25 et

50 m. Comme rle, chaque balise de courant faible met une onde de

rayon daction faible (50 m) (des codes spcifiques de faon priodique)

lorsque une benne passe dans le voisinage immdiat. Cette dernire

capte londe et transmet un signal bien particulier que lordinateur

localise via lantenne rceptrice. Cest ainsi que se passe la localisation

et lidentification des engins en dplacement.

5) Avantages du systme informatis full automatique :

1) Optimisation des affectations des bennes

2) Minimisation des attentes bennes

3) Baisse de chmage des camions-bennes

4) Rduction de la main duvre 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 vide

6) Informations transmises au dispatche sont exactes, car

elles ne sont nullement influences par lhumeur des

travailleurs


7) Par son principe de fonctionnement, le dispatche

informatis full automatique permet de rduire le nombre

de bennes calcul en thorie

6) Inconvnients du systme informatis full automatique

1) Le cot dacquisition des matriels est lev

2) Difficult de transmission des ondes par suite de leurs

interfrences. Ces dernires pouvant aboutir la

destruction du message mis par les balises

3) Adaptation relativement difficile aux mauvaises conditions

de transport sur piste


CHAP II PREPARATION DU CHAMP

MINIER

II.1 Gnralits

Dans lensemble des travaux prparatoires prcdents louverture

et lexploitation ciel ouvert, on distingue les tapes suivantes :

II.1.1 Premire tape

Elle consiste lenlvement de tous les obstacles aussi bien du

genre naturel quartificiel qui sopposent lexcution des travaux

miniers dans lenceinte ou dans le champ de lexploitation ciel

ouvert. Il sagit :

De lasschement des marcages et du dtournement des cours

deau

De lenlvement ou dplacement des btiments industriels

Du transfert des routes principales, des voies ferres

Du nivelage de la surface du sol

Certains travaux posent des problmes extrmement srieux tels

que :

Dtournement des cours deau

Dplacement des installations industrielles

Transfert des voies ferres et des routes principales

II.1.2 deuxime tape

Elle consiste lasschement du champ minier de la mine ciel

ouvert ou de la carrire et la prise des mesures contre les venues

deaux mtoriques et souterraines.

On distingue dune part lasschement pralable du champ

minier devanant louverture dune mine ciel ouvert sur une priode


de deux trois ans, et dautre part le drainage courant destin

vacuer les eaux de surface et souterraines durant lexploitation

proprement dite.

Les travaux de la deuxime tape exigent souvent la ralisation

des forages de reconnaissance, des tranches drainant, des drains

horizontaux, des tunnels dvacuation et quelques fois un rseau de

galeries souterraines sous le gisement.

Lasschement pralable, aussi bien que le drainage courant

peuvent tre raliss de manire tout fait diffrente, ce qui dpeint

des conditions telles que :

La profondeur et le nombre de nappes aquifres dans les

rgions exploites

Lintensit de lcoulement naturel des eaux filtrantes des

formations aquifres

Du relief du terrain

II.2 Problmes de lexhaure en mines ciel

ouvert

II.2.1 Gnralits

1) Dfinition de lexhaure : lexhaure ou lpuisement des eaux

dune mine ciel ouvert ou souterraine est laction de refouler vers la

surface les eaux dinfiltration et souterraines retenues dans les roches

et mises en vidence au cours dexcution des travaux dexploitation,

ainsi que la totalit des mesures prventives et passives de protection

contre les noyades de la mine.

2) Objectifs demploi dun systme dexhaure : lemploi dun

systme dexhaure a pour objectifs :

a. Exploiter le plus possible dans le sec pour des raisons

suivantes :


i. Les engins miniers sont conus pour la portance dans

les roches plastiques et sches

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 dgonflant les pressions interstitielles qui

provoquent des boulements se dclenchant

subitement sans avertissement

ii. Soit en employant lune des mthodes de drainage

(puisard, tranches drainant, fosss dcoulement,

des drains horizontaux, puits filtrants et galeries

souterraines de drainage) choisies selon des venues

deau.

3) eaux interfrant avec lexploitation de carrire et leur

systme dvacuation

a) Eaux de pluie

Aux alentours de la carrire, un systme de tranches drainant

devra intercepter les eaux ruissellent vers la carrire. Faisons

remarquer que le coefficient de ruissellement gale lunit pour les

aires exploites (remblais, routes), tandis que il vaut 20 % pour les

aires avec vgtations.

A lintrieur de la carrire, un systme de drainage de la surface

libre (fosss dcoulement) conduisant les eaux vers le puisard devra

tre capable dabsorber une averse dau moins 60 mm suivie de six

jours relativement secs. Ce qui est ncessaire est de connatre la

quantit totale deau de pluie vacuer durant la saison de pluie. Les

exploitants peuvent dimensionner le puisard et faire le choix sur le

type de pompe installer. Le volume deau vacuer peut tre calcul

par les formules suivantes :

HeSV .= (m3/an) ; avec :


V : le volume deau vacuer annuellement en m3/an

S : la superficie du bassin versant dans le champ minier en

m2

He : la pluviomtrie annuelle ou hauteur moyenne deau de

pluie tombe annuellement en m/an

Faisons remarquer que 40 cl deau recueillis correspond 10

mm de pluie tombe

b) Eaux des lacs et cours deau

Si les eaux des lacs et des cours deau se trouvent proximit de

la carrire et si les roches et/ou le sol entre ces lacs et cours deau et

la carrire sont permables, il y aura infiltration directe vers la

carrire. On peut apporter une solution cette situation

Soit en dtournant le cours deau

Soit en dplaant le lac

Soit en revtant leur fond

Soit en vidant les cours deau

Si les lacs et les cours deau sont loigns de la carrire sur une

nappe phratique ou sur une couche permable dbouchant dans

cette dernire, il ralimentent la nappe phratique au fur et mesure

que celle-ci se dcharge dans la carrire. On palie cette situation en

implantant un systme de pompage par puits filtrant lextrieur du

champ minier.

c) les eaux souterraines

Elles se trouvent sous deux conditions :

1. soit des poches enfermes dans les formations impermables

(roches granuleuses, sableuses et isoles). Il sagit deaux

fossiles. Ces poches sont perces soit par le trafic des units de

transport qui passe dessus, soit par le godet de lexcavateur lors

de lexcavation. Cette eau devra tre vacue par le systme de

drainage de la surface des mines ciel ouvert et des carrires


2. soit la porosit des roches et des rseaux des failles et des

cassures en communication avec la carrire, facilitant les venues

deau dans la carrire avec divers rservoirs aquifres. Il faudra

intercepter cette eau par un systme de forage de reconnaissance

et de puits filtrants avant quelles ne dbouchent dans la

carrire, ce qui nest pas toujours facile.

II.2.3 Drainage la surface

Lorsque la nappe aquifre se trouve faible profondeur, environ

10 m), lexhaure peut se faire comme suit : on creuse gnralement les

tranches drainant afin dviter les venues deau mtorique et de

protger en mme temps le champ minier de la carrire contre la

pntration des eaux souterraines. On choisit lemplacement des

tranches de faon environner la carrire de trois cts. Lvacuation

des eaux en dehors de la carrire se fait par gravit au moyen dune

pente convenable de la tranche drainant. En ce qui concerne les puits

filtrant, pour autant que la nappe phratique ne se trouvent pas une

profondeur suprieure 7 ou 8 m sous le niveau o les pompes

peuvent tre installes, on peut

1. soit utiliser un grand nombre de trous de petit diamtre appels

wills, points foncs par injection, branchs sur une batterie de

pompe aspirante.


2. soit utiliser un petit nombre de trous de grand diamtre au fond

desquels sont placs des pompes immerges refoulantes.

Lorsque le niveau hydrostatique se trouve une grande

profondeur (plus de 100 m), il faut garantir la stabilit des talus

dexploitation en faisant descendre le niveau hydrostatique en dessous

du niveau dexploitation le plus profond. Labaissement ncessaire se

fait actuellement dans les mines ciel ouvert profonds par des puits

filtrants ( diamtre variant de 2 2,5 m) qui peuvent atteindre 500 m

de profondeur et lintrieur desquels sont placs des pompes

immerges dont les dbits atteignent 15 32 m3 par minutes. Cest le

cas des mines de lignite de Rhnanie (Allemagne) qui suite

lapprofondissement, la quantit deau exhaure est passe de 15

m3/tonne alors quau dbut de leur exploitation, il fallait seulement

exhaure 1 m3 / tonne de lignite.

Les puits filtrants peuvent tre installs soit lintrieur du

champ minier, soit lextrieur le long du contour du champ minier

sur une ou plusieurs ranges. Lcartement entre les ranges dpend

gnralement des caractres hydrogologiques et du degr

dasschement.

Sur la figure ci-dessous, nous donnons la disposition des trous

filtrants pour le rabattement de la nappe aquifre dans une

exploitation ciel ouvert.

Figure 17. Rabattement de la nappa aquifre en exploitation en ciel ouvert


1 : sens de la progression dabattage

2 : niveau de la nappe aquifre avant lexploitation

3 : niveau deau dans les puits filtrants

4 : pompes immerges

5 : niveau de la nappe rabattue

6 : puits filtrants fors partir des niveaux des diffrents

gradins

7 : puits filtrants en avant dexploitation

On remarque que les pompes immerges sont suspendues des

profondeurs croissantes mesure de rabattement qui suit le fond des

gradins en maintenant toujours une hauteur de scurit./*/*/

Finalement, le fonctionnement des pompes places dans le puits

filtrant contribue au rabattement de la nappe aquifre.

Le puits filtrant implant lintrieur du champ minier au fur et

mesure de lavancement et de lapprofondissement de la carrire

prsente les avantages suivants :

1. suivant le pendage du gisement et la structure du fond

(permable ou non), les forages pour puits filtrant intrieur

sont relativement peu profond

2. la solution implique moins de risques dune grosse erreur

si on ne connat que mal le contexte hydrogologique de la

carrire

3. la capacit de pompage installer est ventuellement

moindre

Par contre, cette solution a comme inconvnients :

1. infrastructure complexe et chre (tous les forages pour

puits filtrants ne peuvent tre raliss en mme temps)

2. il faut mnager un accs lendroit prvu pour

limplantation du puits, ce qui augmente le cubage des

striles excaver


Les puits filtrants implant lextrieur du champ minier

prsente les avantages suivants :

1. infrastructure simplifie

2. Rserves importantes des rabattements de la nappe

phratique permettant dassurer dextraction des rserves

normatives des minerais durant une priode assez longue

tout en prparant de nouveaux fronts dexploitations

3. soulagement rciproque lorsque plusieurs carrires sont

excaver dans la mme nappe phratique lune proximit

de lautre (nappe phratique dune tendue infinie et

ralimentable)

4. effet optimum sur la stabilit des gradins, donc

ventuellement la rduction du cubage excaver et

coulement dangereux

Par contre ces puits filtrants ont comme inconvnients :

1. La capacit de pompage installer suprieure la

disposition des puits filtrants implants lintrieur du

champ minier

2. les forages pour puits filtrants sont plus profonds, donc

plus coteux.

Le choix du type de pompe peut tre guid, part le dbit de la

pompe et ses courbes caractristiques, par certains critres tels que :

la difficult lors de la pose et la dpose (la dure de

lopration, le type dengins de manutention

les problmatiques du point de vue alimentation lectrique

et dmarrage si linstallation nest pas fixe

la sensibilit au minage

le dficit de pompage (en %) en cas dune panne de lune

des pompes immerges dans le puits filtrants


Dautres part pour tablir le talus, on utilise des drains

horizontaux qui sont des sondages creuss dans les talus avec une

certaine pente pour canaliser les eaux des talus vers les puisards de la

carrire.

II.2.3 Drainage souterrain

Lorsque la venue deau est normale, leau sinfiltre dans les

galeries souterraines sous forme de gouttes spares ou de filets plus

ou moins importants et est ensuite dirige vers les caniveaux, vers les

puisards (dcanteurs) situs proximit du puits dcoulements ou

vers lorifice de la galerie au jour. Finalement leau est pompe soit

dans les puits dcoulement, soit par la pompe sur le radeau dans les

puisards de la carrire.

Pour augmenter lefficacit du drainage souterrain, on procde

souvent lasschement des formations aquifres situes proximit

des galeries de drainage.

Schma de drainage souterrain

Puits

dlectricit

Dcanteur Gisement

Puisard

Galerie au jour

Galerie de drainage souterrain

Figure 18. Schma de drainage souterrain


1. Importance du drainage souterrain : le creusement dun

rseau de galeries souterraines de drainage a lavantage de servir aux

travaux de reconnaissance supplmentaires. Ce qui est dune grande

importance notamment dans le cas dune configuration complique du

gisement. Son inconvnient rside dans laccroissement considrable

des investissements

2. Moyens utiliss pour rendre le drainage souterrain

efficace : pour augmenter lefficacit de drainage souterrain, on

procde souvent lasschement des formations aquifres situes

proximit des galeries de drainage. Dans ce but, on utilise des moyens

supplmentaires suivants :

a. Utilisations des filtres : on distingue deux mthodes

dutilisation des filtres spciaux visant assurer le drainage et portant

le nom de filtrage ouvert

i. Dans la premire mthode, il sagit des filtres enfouis que

lon fixe dans les trous fors partir dune galerie de

drainage en montant ou faiblement incline. Chaque filtre

reprsente un complexe de tubes perfors dont la longueur

ne dpasse pas 15 m et le diamtre varie entre 65 100

mm. Leur dbit horaire est de lordre de 55 70 m3

ii. Dans la seconde mthode, il consiste creuser des puits

filtrants profonds travers toutes les formations aquifres

partir de la surface du sol jusqu la hauteur des trous o

sont installs des filtres enfouis. Le creusement se fait

dune faon gnrale dcrite brivement ci-dessus. La

diffrence consiste dans le mode dvacuation des eaux

souterraines dont lcoulement jusquaux galeries de

drainage se fait par gravit sans recourir au systme de

pompage. On utilise cette mthode de drainage l o les


formations aquifres se trouvent grande hauteur au

dessus des galeries de drainage.

b. Utilisation des pompes ordinaires : lorsque les eaux

souterraines se trouvent faible profondeur dans les roches sus-

jacentes des galeries de drainage, elles peuvent tre vacues par les

pompes ordinaires dont les clapets sont placs dans les puits de

drainage boiss peu profond. La section transversale dun tel puits de

drainage est de 3 m2. La distance entre les puits voisins dans une

galerie de drainage peut atteindre 100 150 m.

II.2.4 Drainage mixte

Dans les conditions hydrogologiques difficiles, on utilise une

mthode de drainage qui reprsente un complexe de puits filtrants

avec ou sans pompage, de galeries souterraines de drainage

accompagns soit des filtres spciaux, soit des pompes ordinaires des

puits dcoulements.

II.2.5 Surveillance du sol

Lorsque les mines ciel ouvert sont profondes, linfluence du

rabattement de la nappe aquifre se fait sentir trs grande distance

de lexploitation, 15 km et plus. Il est donc indispensable deffectuer

rgulirement des mesures de nivellement pour suivre laffaissement

ventuel du sol, des maisons et des monuments dans les zones qui

peuvent tre affectes.

Les puits de captage deau utiliss ventuellement par les

habitants de la rgion devront faire lobjet dune attention particulire.

Leur tarissement ncessitera peut tre un approvisionnement en eau

dappoint de la part de la socit pendant la dure dexploitation.


CHAP III ACCES AU GISEMENT

III.1 Gnralits A ciel ouvert, lune des formes principales dexcavation est la

tranche. La tranche quelconque est un ouvrage de section

trapzodale limite par ses parois inclines et sa partie infrieure

par son front. La longueur de la tranche est plus importante que sa

profondeur et sa largeur. Dans le plan, laxe longitudinal dune

tranche est appele trace et peut se prsenter sous forme dune droite

ou dune courbe de rayon dtermin dont la longueur dpend des

moyens de transport utiliss.

Le choix du procd de creusement des tranches dpend :

Des dimensions de la section transversale des tranches

Du relief de la rgion

De la possibilit de placer des dblais (morts terrains) excavs

lors du creusement des tranches sur les bords de ces derniers

Du type et des caractristiques des excavateurs utiliss

Suivant la position du fond, on distingue :

Des tranches inclines (tranches daccs ou tranches

principales)

Des tranches horizontales ou tranches de dcoupage

a) Tranches inclins ou tranches principales : ces

tranches sont des ouvrages de section trapzodale et ont un

profil longitudinal et transversal particulier. Elles donnent

accs au gisement, permettent dobtenir le front unilatral de

travail et assurent le transport des produits. Elles se conservent

longtemps ou pendant toute la dure dexploitation et peuvent

tre soit en dehors, soit lintrieur du champ minier. Si elles

sont destines au transport par engins roues, on les appelle

les tranches daccs, leur pente moyenne est gnralement


infrieure 10 %. Lorsquelles sont destines linstallation

dlvateur (skips ou convoyeurs), leur pente est forte et on les

appelle alors tranche ou pente raide. Les tranches daccs

sont des prolongements des gradins des tranches principales.

1. tranches extrieurs : ces tranches ont un volume plus grand

que celui des tranches intrieures. Cest pourquoi on les

emploie pour la dcouverture du champ dexploitation profond.

Elles sont creuses partir de la surface du sol en dehors du

champ de la carrire jusqu la limite de ce dernier au niveau

de la plate-forme de travail de lhorizon auquel elle donne accs.

2. tranches intrieures : elles sont employes pour la

dcouverture des champs dexploitation plus profonds. Elles

sont creuses suivant la limite de la carrire partir de la

surface du sol ou partir de lhorizon prcdemment dcouvert

jusquau niveau de la plate forme de travail de lhorizon auquel

elle donne accs. Elles sont gnralement disposes sur les

bords inexploits de la carrire. Lorsque le transport des

produits abattus se ralise par des convoyeurs bandes ou des

skips, on creuse sur les bords inexploits de la carrire des

tranches intrieures dun pendage correspondant la pente

maximale des moyens de transport utiliss. Ces tr

cours d'exploitation des mines ciel ouvert-140902182407-phpapp02

Documents

Transcript of cours d'exploitation des mines ciel ouvert-140902182407-phpapp02