www.mgpelearning.blogspot.com EXPLOITATION MINIERE Par TANOH YAO PARFAIT Ingénieur des Mines Co-Fondateur ONG JIDD-AFRIQUE [email protected] www.jiddafrique.blogspot.com Sommaire CHAPITRE I : GENERALITES CHAPITRE II : LES DIFFERENTES PHASES DE L’EXPLOITATIONMINIERE CHAPITRE III : EXPLOITATION ARTISANALE CHAPITRE IV : EXPLOITATION SEMI-ARTISANALE CHAPITRE V : EXPLOITATION INDUSTRIELLE : GENERALITES CHAPITRE VI : EXPLOITATION MINIERE A CIEL OUVERT CHAPITRE VII : EXPLOITATION MINIERE SOUTERRAINE CHAPITRE VIII : LES TECHNIQUES DE FORAGES ET D’ABATTAGE A EXPLOSIF CHAPITRE I : GENERALITES I. L’ACTIVITE MINIERE Depuis toujours, l’activité minière influence la vie des hommes. Elle a même servi à établir un repère sur l’échelle des temps en définissant des époques. Lorsque les hommes ont découvert qu’en chauffant du minerai de fer dans les hauts fourneaux, on pouvait obtenir des armes et des outils, on a perlé de l’ère moderne. Les données de l’activité minière permettent de mesurer le niveau de développement des pays. Ainsi, les pays industrialisés consomment beaucoup de matières premières minérales (les hydrocarbures, les pierres précieuses). Les industries minières permettent de mesurer le niveau d’industrialisation d’une nation. Les infrastructures, le transport, la communication, les machines, la technologie, l’agriculture, etc. ont connu leur essor grâce au développement de l’activité minière. II. EVOLUTION DES TECHNIQUES MINIERES Autre fois, les mineurs travaillaient avec leur main ou du matériel rudimentaire (vieux, anciens, archaïques). Au XIXe siècle, avec la révolution industrielle, la demande en matière première minérale s’est accrue. Il fallait donc faire face à une demande sans cesse croissante. Ce qui à suscité l’utilisation de nouvelles techniques. On a vu l’apparition de la poudre noire et des explosifs, les machines à vapeur et à air comprimé, les machines électriques. Ceci a rendu l’activité mécanique et a augmenté la production. L’invention de l’électricité a favorisée la réouverture de certaines mines souterraines. Les conditions de travail dans les mines ont considérablement été améliorées augmentant ainsi la cadence de production et la sécurité des travailleurs. III. PERSPECTIVES DE L’ACTIVITE MINIERE L’homme dépend et ceux pour très longtemps encore de l’activité minière. Le progrès technologique augmente les besoins en matières premières minérales. Il s’agira donc de trouver des techniques avancées d’exploitation pour découvrir lus de gisements. Les gisements se font de plus en plus rares et leur renouvellement ne se fait pas à l’échelle humaine. Il faut donc trouver des moyens de plus en plus poussées pour exploiter tous les gisements même ceux de faible teneur. On aura donc toujours besoin de techniciens supérieurs et d’ingénieurs des mines. IV. RAPPEL DE DEFINITION Un minerai est un ensemble de rocheux contenant des substances utiles en quantité suffisante pouvant être extraites avec profit par une technologie existante tout en respectant les limites des règles environnementales. Un minerai est un ensemble rocheux contenant une substance utile en quantité suffisante dont l’extraction est possible avec une technique existante tout en faisant des profits et en respectant l’environnement. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 1 CHAPITRE II : LES DIFFERENTES PHASES DE L’EXPLOITATIONMINIERE Introduction L’exploitation minière se déroule en 5 phases : - Le développement - L’extraction - Le chargement et le transport - Le traitement - La commercialisation Ce présent cours étudiera les 3 premières phases. Il est important de comprendre quelques notions de calcul de réserves. I. LE DEVELOPPEMENT Le développement est le stade qui existe entre la recherche minière et l’exploitation. Après la recherche, si le minerai est confirmé on passe ou développement qui consiste à repérer et à débroussailler les blocs à exploiter. Il s’agit également de se protéger et d’installer un cadre de vie agréable. Le développement peut varier d’une mine à un autre compte tenu de différences de contextes géologiques et environnementaux. 1. Repérage des blocs et leur débroussaillement Il faut dégager la zone à exploiter de tourte la végétation et le rendre accessible. 2. Protection contre les inondations Lorsque la minéralisation se trouve dans une vallée, prêt d’un cours d’eau à grand débit ou prêt d’un barrage, on élève des digues pour se protéger des crues. Lorsqu’on se trouve dans une zone à fort précipitation, il faut évacuer les eaux de ruissellement à travers l’exhaure (qui consiste à vider l’eau dans une rivière). 3. La création de voies d’accès Il est indispensable de créer des solides routes à raison du trafic et du matériel roulant. L’accès aux différentes sections de la mine doit être très facile. Dans le cas des mines souterraines, on fonce plusieurs puits et on crée plusieurs galléries d’avancement. 4. Installation de la laverie Une plateforme est aménagée sur un air (espace) non minéralisé. Cet espace es aplani et doit être facile d’accès. On veille aux possibilités d’évacuation des boues et rejets du traitement. 5. Installation des cités d’habitation Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 2 On construit des logements décents pour les travailleurs. On veille à leur bien être en installant toutes les commodités urbaines. II. L’EXTRACTION L’extraction est l’opération qui consiste à tirer hors du sol le minerai et le préparer pour l’expédition vers l’unité de laverie. Très souvent le minerai est couvert de stérile. On aura donc l’extraction du stérile et l’extraction du minerai proprement dit. 1. L’extraction du stérile Aussi appelé la découverture, elle se fait à l’aide d’engins d’excavation (pelle hydraulique). On réalise certains travaux préliminaires tels que : - Construction de la verse (poubelle) et de sa voie d’accès - On doit assécher la zone d’excavation, etc. Les engins généralement utilisés sont les camions bennes, les scrapers, les engins de chargement, les bulldozers, les pelles hydrauliques, etc. Le transport des terres enlevées s’effectue par des camions, des convoyeurs. 2. L’extraction du minerai Selon les caractéristiques mécaniques de la roche, on peut soit l’attaquer directement soit le disloquer d’abord à l’aide des explosifs. L’extraction se fait avec soin pour éviter les contaminations. Le minerai est convoyé jusqu’à l’unité de traitement. III. LE CHARGEMENT Les engins de chargement sont souvent confondus à ceux d’extraction. Il existe des chargeuses frontales et des chargeurs continus. - Les chargeuses frontales sont montées sur chenilles (pour les zones marécageuses difficilement praticables) ou sur pneus (pour les zones faciles d’accès). Les chargeurs continus sont utilisés lorsque les roches sont tendres. Ils effectuent le travail d’extraction et de chargement en même temps. Il n’y a pas d’interruption d’où le nom de chargeur continu. IV. LE TRANSPORT Dans le cadre d’une exploitation minière industrielle, les moyens de transport disponible sont : les camions bennes, les convoyeurs, les scrapers, les trains. 1. Les camions bennes Dans les mines à ciel ouvert, les tombereaux sont les plus utilisé pour transporter le matériau extrait. Les tombereaux peuvent être reconvertis à d’autres usages. Les camions ont l’avantage de négocier facilement des pentes abruptes. Mais l’unité de laverie ne doit pas être trop éloignée Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 3 du lieu d’extraction (5km au maximum), les routes doivent être de bonne qualité et très souvent reprofilées (refaites). 2. Les scrapers Moins rapides que les tombereaux, les scrapers peuvent rouler sur de longues distances. En plus de s’autocharger, il effectue les travaux de terrassement. 3. Les convoyeurs Il offre l’avantage de transporter de grands volumes sur de longues distances et à moindre coût. Par contre leur installation nécessite de gros investissements. Ils sont donc utilisés si la durée prévisionnaire de l’exploitation est relativement longue. 4. Les trains L’installation des trains a un coût élevé. Les trains transportent les matériaux plus loin que les convoyeurs et à moindre coût. Les trains ne peuvent pas gravir des pentes supérieures à 3%. Les camions et les scrapers sont efficaces sur les courtes distances tandis que les convoyeurs et les trains sont efficaces sur les longues distances. V. LE TRAITEMENT C’est la phase de l’exploitation où la substance utile est récupérée pour être commercialisée. VI. LA COMMERCIALISATION Comme tout produit, les dérivées de l’industrie minière sont soumises à la vente. La commercialisation de l’or, du diamant ou tout autre produit est organisée et régit par une réglementation. Le marché comprend : les producteurs, les acheteurs et les vendeurs. Ce sont des personnes morales ou physiques depuis les petites entreprises jusqu’au multinationales. L’or et le diamant sont les deux produits les plus commercialisés en Côte d’Ivoire. Nous étudierons donc leur circuit de commercialisation. A. Circuit de commercialisation de l’artisan à l’exportateur 1. Le cas du diamant Les personnes intervenant dans le circuit sont : les artisans (ceux qui travaillent sur les parcelles), les collecteurs (ceux qui achètent les produits des artisans), les comptoirs d’achat (Ce sont les entreprises légales qui reprennent les produits aux acheteurs). L’exportation du diamant est soumise à des certaines règles : Autorisation provisoire d’achat et de vente de diamant L’opérateur doit fournir un dossier qu’il dépose à la direction des mines pour obtenir son autorisation provisoire d’achat et de vente de diamant. Ce dossier comprend un registre de commerce, une pièce d’identité, une demande adressée au ministère, ... Expertises des pierres précieuses L’opérateur en possession de son diamant se rend à la direction des mines pour expertise en présence d’un douanier. Le douanier calcule les taxes et droits uniques de sortie, il délivre un Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 4 PV (Procès-Verbal) unique caractéristique pour chaque pierre précieuse. Chaque pierre est identifiée une seule fois et bénéficie d’une seule expertise. Les pierres sont classées en 3 catégories : les pierres taillables, les pierres industrielles et les boarts. Règlement de la taxe de sortie Après l’expertise, l’agent de douane fait ses calculs, l’exportateur paye et reçoit un reçu. Expédition du colis L’exportateur peut voyager lui-même avec son colis, il ne lui suffit que de présenter son reçu aux différents contrôles à l’aéroport. Il peut confier son colis à un transitaire. Il informe un destinataire qui recevra le colis. 2. Le cas de l’or Nous avons les mêmes intervenants que dans le cas du diamant. L’autorisation provisoire ici est délivrée par la direction des mines. L’expertise se fait à la SODEMI et est sanctionnée par un certificat d’expertise. La procédure d’exportation est plus complexe que dans le cas du diamant. L’exportateur munie de son autorisation provisoire se rend au 12e étage de l’immeuble des finances pour y retirer des fiches vertes. Il joint à ces fiches un engagement de change. Il ouvre un compte obligatoire dans une banque nationale avec les fiches vertes dûment remplies, de son autorisation provisoire, du certificat d’expertise et l’attestation de change. Après l’ouverture de ce compte il revient à la direction des mines pour un cachet. Après toutes ces démarches l’exportateur peut expédier son colis comme dans le cas du diamant. 3. Circuit de commercialisation d’une société industrielle vers l’extérieur Ici la qualité du produit est connue. Le produit est convoyé par BRANKS jusqu’à la BCEAO d’Abidjan. La BCEAO est l’acheteur de tous les produits des mines industrielles en Côte d’Ivoire. 4. Le commerce du diamant dans le monde Le diamant reste un produit minier exceptionnel. L’organisation de son commerce soufre de peu de désordre. Tous les diamants du monde convergent vers le centre de distribution des diamants bruts de Londres. Des marchés moins importants existent : New York, Amsterdam, Johannesburg. Les Etats Unis sont les principaux clients du commerce de diamant. - La canada, grand pays minier consomme beaucoup de diamants industriels (Couronne des têtes de forage) - Le Royaume Uni, la Belgique, les Pays Bas et Israël sont les principaux fournisseurs. - Le Liban est la destination préférée des diamants africains compte tenu du désordre qui y règne. - De nouveaux marchés sont en plein essor : Hong Kong, Singapour, Abou Djâbir, Dubaï, etc. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 5 CHAPITRE III : EXPLOITATION ARTISANALE L’exploitation artisanale fait allusion à des opérations manuelles sur de petits volumes. Elle interviendra donc dans le cas des gisements de faibles teneurs. I. DESCRIPTION DES PLACERS D’ISSIA Les placers aurifères d’Issia sont situés dans le bassin du fleuve LOBO. Les prospections ont permis de localiser plusieurs petits placers minéralisés dont le plus important est celui de Badadougou. Les dépôts alluvionnaires sont reconnus dans les flats des affluents de la LOBO. La minéralisation est constituée de matériaux très altérés de couleur rouge à orange avec une structure fine. On remarque des blocs de quartz, des gravions latéritiques, des schistes rouges, des concrétions de fer, ... Les teneurs tournent autour de 1g/m3 mais plus important dans les filons éclatés et dans les latérites. II. EXPLOITATION ARTISANALE PAR LES VOCATION COOPERATIVE) Les travaux des GVC sont divisés en 4 grandes étapes : GVC (GROUPEMENT A 1. Le matériel Ce sont des outils de travail. Le matériel comprend essentiellement des pioches (pour le fonçage des puits et tranchées), des pelles (pour le ramassage du stérile et du gravier), des calebasses (pour le transport et la concentration), des seaux (pour drainer les puits). 2. La prospection Les artisans procèdent à des travaux de reconnaissance et de contrôle de la minéralisation. Ils foncent des puits de forme rectangulaire (1,2m×0,8m) ou des puits circulaires (0,8m de diamètre). Les profondeurs sont variables selon la couche minéralisée (2 à 3m). le gravier sorti sera lavé et concentré. 3. L’extraction Après la reconnaissance, l’extraction se fait autour des puits productifs c'est-à-dire ayant donnés de bonnes teneurs lors de la prospection. Le travail se fait par groupe de 8 en suivant l’extension de la minéralisation. Si le puits est peu profond, il peut être extrait par une seule personne. 4. Le transport Le transport est assuré par les hommes qui transportent le minerai sur leur tête jusqu’à la station de laverie. 5. Le traitement du minerai Le lavage et la concentration se font à la calebasse. On lave le gravier à la main dans la calebasse. La calebasse est remuée de gauche à droite dans le plan horizontal. Ce mouvement permet aux minéraux lourds dont l’or de se déposer au fond de la calebasse. On incline légèrement la calebasse pour laisser verser les éléments légers qui flottent. On procède ainsi Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 6 jusqu’à ce qu’il ne reste que les minéraux lourds au fond de la calebasse. Le concentré obtenu fera l’objet d’un tri à la main pour séparer les minéraux non utiles de l’or. III. EXPLOITATION SEMI-ARTISANALE AU SLUICE Elle fait intervenir à la fois l’énergie humaine et un peu d’énergie mécanique. Lorsque le minerai augmente et qu’on a besoin de plus d’hommes pour travailler, on utilise un appareil appelé sluice pour le traitement. On retrouve 3 phases dans cette exploitation : l’extraction, le transport et le traitement. 1. Le matériel Outre le matériel artisanal, on a : un sluice, une motopompe et ses accessoires (tuyaux, les raccords les bagues,), des brouettes éventuellement un pick-up. 2. L’extraction L’extraction se fait de façon manuelle autour des puits payants. Il s’agit d’abord d’enlever l’argile stérile puis le gravier minéralisé. La largeur des tranchées varie de 4 à 5 m. 3. Le transport Le minerai peut être déposé directement à l’unité de laverie ou peut être stocké d’abord près du lieu d’extraction. Le transport est assuré par les brouettes et les pick-up. 4. Le traitement L’appareil de traitement est le sluice. C’est un appareil constitué d’une caisse de débourbage en bois dont le fond est une surface perforée. Cette caisse est prolongée par plusieurs pirogues contenants des barrages. Ces barrages retiendront les minéraux lourds dont l’or. Les pirogues sont munies de tapis en peaux de mouton ou en tout autre matériau synthétique. L’or bloqué par les barrières est récupéré, pesé et vendu. IV. EFFICACITE DE LA LAVERIE Des anomalies peuvent être constatées pendant le fonctionnement. Elles vont influencer l’efficacité de la laverie. Ces anomalies sont : - Présence des gros éléments dans le concentré - Présence des pépites dans la dernière pirogue - Perte d’eau Ces anomalies doivent être corrigées. La machine doit donc être entretenue. Il s’agira d’obstruer les fissures des pirogues, de rectifier la pente des pirogues, de modifier la maille de la caisse de débourbage, d’augmenter la pression de l’eau qui arrive par la motopompe, etc. V. LES CALCULS EFFECTUÉS 1. Le coefficient de foisonnement Le foisonnement est l’augmentation d’un matériau après son extraction. Il est défini par un coefficient qui est la constante par laquelle ce matériau augmente de volume une fois extrait. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 7 Avec Vex = volume extrait ou foisonné et Vp = volume en place Vp se calcule avec les dimensions du puits : c’est aussi le volume du minerai dans le puits Le taux de dilution La dilution est le mélange accidentel du stérile dans le minerai. La dilution se mesure en pourcentage par un taux. C’est le rapport entre le volume du stérile et le volume du minerai. avec Vs = volume du stérile et Vm = volume du minerai Généralement dans les exploitations industrielles, la dilution varie de 10 à 20% ; au-delà l’exploitation n’est plus rentable. 2. Le taux de récupération C’est le rapport entre la masse réellement récupérée et la masse en place dans le sous-sol. Mr = te.Ve : masse de substance utile récupérée Mp = tp.Vp : masse de substance utile en place te : teneur excavée, Ve : volume excavé tp : teneur en place, Vp : volume en place 3. Le rendement Il faut calculer certaines données pour avoir une idée exacte du rendement. Il s’agit de : - Le volume de minerai excavé par équipe et par homme - Le volume du minerai excavé par heure - Le volume total excavé 4. Le tonnage Il sert à évaluer un gisement en déterminant la quantité de substance utile dans les gisements. T = V.d Q = V.d.t d : densité du matériau Q : masse de substance utile t : teneur du minerai EXERCICE D’APPLICATION 1- soit un matériau de coefficient de foisonnement 1,2. Le puits à excaver a les caractéristiques suivantes : longueur= 4m, largeur= 2m, épaisseur= 1,5m. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 8 Déterminer le volume de minerai extrait de ce puits. 2- lors d’une prospection on réalise un puits circulaire. La teneur du minerai excavé est de 1,2g/m3 d’or. Des travaux antérieurs montrent que le Cf=1,1. 2-1- quelle était la teneur en place dans le puits ? 2-2- quelle est la masse d’or dans ce puits de dimension : diamètre=1,8m et profondeur=2,6m 3- soit un gisement de 500m3 de minerai, de teneur moyenne 0,5g/m3. Le prix de la substance utile est 15000f/g 3-1- quelle est la quantité de substance utile dans ce minerai ? 3-2- quelle est la valeur de ce gisement ? des travaux ultérieurs montrent que ce minerai est dilué de 10% 3-3- quel est le volume de stérile dans ce minerai ? en déduire celui du minerai. 3-4- quelle est donc la quantité réelle de substance utile dans ce minerai ? 3-5- quelle sera la valeur du gisement dans ces conditions ? 3-6- que peut-on dire sur la dilution dans ce minerai ? SOLUTION 1- Cf = Vf/Vp Vf = Cf. Vp Vp = L. l. e AN : Vf =14,4m3 2-1- En divisant Cf par m, on obtient Cf = tp/te tp = Cf.te AN : tp =1,32g/m3 2-2- tp = Mp/Vp Mp = tp.Vp Vp = . r2 .h Mp = . tp. r2 .h AN : Mp =8,72g 3-1- tm = M/Vm M = tm. Vm AN : M 250g 3-2- V = M. P AN : V = 3 750 000f 3-3- d = Vs/Vm Vs = 10%. d (Vm est le volume du minerai dans le puits avec le stérile qu’il contient) AN : Vs = 50m3 3-5- Vr = P. Mr = 3 750 000f 3-6- La dilution influence la valeur du gisement. DEMONSTRATION DE QUELQUES FORMULES Démontrer que Vp = Vex / (1+d) Vex = Vm+Vs En divisant Vex par Vm, on a Vex/Vm = 1 + d car Vm = Vp D’où Vp = Vex / (1 + d) Démontrer que tex = [(1-d) / Cf]. tp tex = Q / Vex et tp = Q / Vp d’où Q = tex. Vex Donc tp = tex. (Vex/Vp) tex / tp = Vp / vex (1) Pendant l’extraction Vex = Vm+Vs ; Vm = Cf. (Vp+Vs) d’où Vp = (Vex-Vp) / Cf (2) En remplaçant (2) dans (1), on a : tex/tp = (Vex-Vs) / (Cf. Vex) = 1/Cf – Vs / (Cf. Vex) or d = Vs/vex donc tex/tp = 1/Cf – d. Cf Par conséquent : tex = (1-d) / Cf On prend Cf = 1 si la valeur de Cf n’est pas donnée. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 9 Démontrer que Vp = (1-d). Vex Vex = Vp+Vs En divisant Vex par lui-même, on obtient : 1 = Vp/Vex + Vs/Vex avec d = Vs/Vex D’où 1 = Vp/Vex + d 1-d = Vp/vex Par conséquent : Vp = (1-d). Vex Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 10 CHAPITRE IV : EXPLOITATION SEMI-ARTISANALE Une exploitation semi-industrielle est une exploitation industrielle à petite échelle. On utilise peu savoir que ce type d’exploitation est généralement envisagée pour les gisements détritiques de faible teneur et de faible réserve. I. CLASSIFICATION DES PLACERS Un placer est une zone d’alluvions, d’éluvions et de colluvions qui contient des minéraux exploitables. Les placers sont classés en plusieurs catégories selon leur mise en place. On distingue : Les placers résiduels Ils sont constitués de minéraux issus de roches décomposées in-situ (sur place) généralement par altération chimique. Les colluvions Ils sont issus des collines. Ce sont des dépôts de bas de pente relativement fins dont les éléments ont subi un faible transport. Ils forment une zone transitoire entre les minéraux désintégrés des roches et les éléments transportés par les rivières. Les placers de rivière (alluvions) Ils se forment à partir de l’écoulement sur une distance plus ou moins longue des cours d’eaux. Les placers éoliens Ils sont mis en place par l’action du vent. Les éléments utiles sont concentrés sous l’action du vent. Les placers de plage Ils se mettent en place par l’effet de l’érosion de la mer sur le littoral. On note que les placers les plus couramment rencontrés sont les alluvions ou placers de rivières. Ceci est dû au fait que l’eau arrive à concentrer effectivement les minéraux de valeurs qu’elle transporte. Les minéraux les plus rencontrés dans les placers sont : l’or, le diamant, le saphir, le rubis, la colombo-tantalite, les platinoïdes, etc. II. PROSPECTION DANS LES PLACERS Dans la prospection, on ouvre des layons sur le secteur minéralisé. Des puits sont foncés à intervalle régulier. Ces puits sont numérotés et identifiés. Les puits sont en général circulaires (d = 0,8m) ou rectangulaire (0,8m×1,2m). On mesure les épaisseurs à chaque changement de configuration géologique. En général dans les placers on a : Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 11 Figure 1 : COUPE GENERALE D’UN PUITS DE PROSPECTION On détermine les épaisseurs de chaque couche traversée. On détermine le volume de minerai sorti à partir des pans. On détermine ensuite le volume en place en fonction des dimensions des puits. Ces deux valeurs permettent de calculer le coefficient de foisonnement. Le gravier extrait est lavé et concentré à la batée. On recueille le minéral de valeur, on le pèse. On appelle P cette masse. On peut calculer te (la teneur lavée) : te = P / Ve Avec Ve, le volume extrait La teneur en place est donc tp : tp = Cf. te Cette teneur en place est reportée sur la carte et permet de compléter l’identification de chaque puits. On aboutit à un tableau récapitulatif de la forme générale suivante : Ce tableau nous aide à déterminer la teneur moyenne du gisement. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 12 Vi= volume élémentaire le gisement Si la somme de Vi est le volume total alors : tm = Masse totale / Volume total APPLICATION Soit une prospection dans un placer selon la maille carrée : maille = 20m × 20m avec 6 puits en connaissant les épaisseurs des graviers et les volumes des puits. Calculer la teneur moyenne du gisement. Résolution Pour se faire on calcule la masse de substance utile dans chaque puits en appliquant la formule Mi = ti × Vi puis on détermine la masse totale de substance utile et le volume total du minerai en faisant la somme de tous les Mi et de tous les Vi. Pour finir on applique la relation tm = Mt / Vt. Ainsi : Vt =1240m3 et Mt=4160g donc tm= 4160/1240 tm=3,35g/m3 III. EXPLOITATION SEMI-INDUSTRIELLE DANS LES PLACERS D’ISSIA Le gisement d’or d’ISSIA est contenu dans le gravier alluvionnaire. Le plus important est celui de Badadougou. Les teneurs sont très variables. Le gisement est divisé en panneau caractérisant les teneurs déjà calculées. 1. Extraction au Bulldozer L’extraction se fait par décapage au Bulldozer. La couche stérile généralement de faible épaisseur est rapidement dégagée. Le gravier minéralisé (minerai) est extrait par les Bulldozers. Ce minerai est déposé en tas sur les aires d’extraction spécialement aménagés. 2. Chargement et transport Le chargement se fait à l’aide d’un engin de type frontal de marque CAT monté généralement sur pneus. Les engins de transport sont les camions bennes de 6m3. 3. Le traitement Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 13 La première opération mécanique est effectuée par le débourbeur-laveur à l’intérieur duquel se trouve un tamis de maille 10mm. Le débourbeur-laveur fait à la fois un lavage et une séparation granulométrique du minerai tout venant. On obtient une fraction dont la taille des éléments est supérieure à 10mm. Elle est stockée hors de l’unité de traitement. L’autre fraction va suivre la suite du processus. On procède ainsi car il a été prouvé que l’or se trouve dans la fraction inférieure à 1Omm. Les éléments inférieurs à 10mm sont entrainés par l’eau d’une motopompe dans l’air, dans les hydro-cyclones, ou banc-cyclones. Ces appareils classent les éléments en fonction de leur densité. On obtient donc les éléments denses qui vont au fond et les éléments légers qui vont à la surverse. On recueille le matériau déposé au fond. Il subit la batée pour augmenter sa teneur. Un autre traitement peut intervenir dans les labos de la SODEMI. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 14 CHAPITRE V : EXPLOITATION INDUSTRIELLE : GENERALITES L’exploitation industrielle est l’enlèvement du minerai à grand tonnage par les engins mécaniques. Plusieurs méthodes sont utilisées : - La méthode à ciel ouvert - La méthode souterraine - La méthode par sondage LES METHODES D’EXPLOITATION INDUSTRIELLE 1. La méthode à ciel ouvert Généralement utilisée lorsque le gisement se trouve à une profondeur relativement faible, on en distingue 3 types : I. La méthode d’extraction avec plusieurs gradins La méthode d’extraction avec 2 gradins L’extraction dans les placers 2. La méthode souterraine Généralement utilisée lorsque le gisement se trouve à une grande profondeur, elle permet d’attaquer directement le minerai. Les techniques employées varient d’une exploitation à une autre à raison des caractéristiques mécaniques du gisement. 3. La méthode par sondage Cette méthode consiste à extraire les minerais situés à de très grande profondeurs par sondage à partir de la surface. On peut extraire l’eau, les hydrocarbures et parfois le sel. II. LES CRITERES DE CHOIX ENTRE LA METHODE SOUTERRAINE ET LA METHODE A CIEL OUVERT Après que le gisement ait été découvert et avoué, l’étape qui suit est le choix d’une méthode d’exploitation. Cette méthode devra être : o Economiquement rentable o Physiquement réalisable o Respectueuse de l’environnement o Devra garantir une bonne récupération du minerai. Les facteurs minant ce choix sont : Les caractéristiques spatiales du gisement (taille, forme, profondeur, disposition des dépôts) Les propriétés physiques de la minéralisation et de la roche encaissante Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 15 Les eaux souterraines et les conditions hydrographiques Les conditions environnementales (qualité de l’air, il s’agit de comprendre comment l’activité détruit l’environnement) Le critère économique Le choix d’une méthode est toujours économique. En effet, personne ne veut travailler à perte. Le critère économique devient donc essentiel et parfois c’est le seul qui prime. Les données à prendre en compte dans la considération économique sont la teneur, les coûts d’extraction, les coûts de production, la dilution, les coûts de recouvrement. stérile doit totalement être enlevé avant d’accéder au minerai. Dans la méthode à ciel ouvert, le Par contre dans l’exploitation souterraine, le stérile est enlevé juste pour créer les puits et les galléries d’avancement. On enlèvera donc moins de stérile en souterraine qu’en exploitation à ciel ouvert. Le coût d’exploitation à ciel ouvert augmente considérablement avec la profondeur pendant qu’il augmente faiblement en exploitation souterraine. Les frais d’installation sont très élevés en exploitation souterraine. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 16 CHAPITRE VI : EXPLOITATION MINIERE A CIEL OUVERT Cette méthode concerne les gisements peut profond. Elle est caractérisée par une importante production c'est-à-dire de grands tonnages de matériaux extraits. Bien que les coûts d’installation soient importants à cause du matériel et des équipements. Cette méthode présente de nombreux avantages. On peut citer : Meilleur sécurité Faible coût d’exploitation Meilleur récupération du minerai Possibilité d’utiliser de gros engins I. FOSSE A CIEL OUVERT AVEC PLUSIEURS GRADINS 1. Planification de la fosse La planification de la fosse exige un certain nombre d’étape à suivre pour optimiser l’extraction. Cette étape vise à réduire la quantité de stérile à extraire pour obtenir une tonne de minerai. a. Exploitation des données de sondage Il s’agit ici des sondages de la prospection ponctuelle. Ces données permettent de déterminer la teneur, les réserves, l’extension latérale du dépôt. Les renseignements obtenus sont consignés dans des tableaux, des plans, des coupes (transversales et longitudinales). On définit le plan général de la mine en fonction des données. On tient compte également des conditions hydrographiques. b. La mise en section Il s’agit définir exactement l’enveloppe minéralisée et de la subdiviser en dépôts (panneaux) de caractéristiques voisines. Les sections peuvent avoir des formes régulières ou des formes quelconques. c. L’étude géotechnique Elle consiste à déterminer la résistance des matériaux de la roche encaissante et du minerai. On définit également des pentes permissibles (pentes d’inclinaison des talus au-delà desquelles les matériaux vont s’effondrer). L’étude géotechnique permet d’une part de garantir la sécurité et d’autre part de guider les opérations de fragmentation. d. Détermination du rapport stérile sur minerai Il s’agit d’estimer la quantité de stérile à déplacer pour obtenir une tonne de minerai. On aboutit ainsi à un rapport critique à ne pas dépasser pour que l’exploitation soit toujours rentable. Ce rapport généralement noté R correspond à la masse de stérile (ou volume) sur la masse de minerai (ou volume). R = Ms / Mm = Vs / Vm Aussi appelé le ratio, ce rapport est déterminé avant toutes les opérations d’extraction. Le ratio est aussi une valeur économique déterminante dans le calcul de rentabilité. Le rapport a aussi une valeur technique. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 17 Valeur technique : R = S / M Valeur économique : R = (Vr-Cp) / Cd S : stérile, M : minerai, Vr : la valeur récupérable par tonne de minerai, Cp : coût de production d’une tonne de minerai, Cd : coût d’extraction d’une tonne de matériau e. Détermination de la profondeur ultime Après avoir fixé le rapport stérile sur minerai permissible, les limites de la fosse en profondeur sont déterminées. Nous estimerons ces limites à partir de graphes et selon deux cas : 1er cas : on combine la méthode à ciel ouvert avec la méthode souterraine Figure 2: Combinaison des méthodes à ciel ouvert et souterraine Le point M représente le point critique quand e coût de la méthode à ciel ouvert est égal à celui de la méthode souterraine. Mais les deux courbes restent inférieures à la valeur d’une tonne de minerai. Le point correspond à la profondeur Ho, profondeur critique au-delà de laquelle la méthode souterraine devient plus avantageuse que la méthode à ciel ouvert. Cette profondeur est la profondeur ultime de la mine à ciel ouvert. 2e cas : méthode à ciel ouvert uniquement Figure 3: Méthode à ciel ouvert uniquement Le point N est atteint lorsque le coût de la méthode à ciel ouvert est égal à la valeur du minerai. Le coût d’exploitation souterraine est supérieur à la valeur du minerai. Il est donc impossible d’envisager une exploitation souterraine. Ainsi le point N correspond à la profondeur ultime à Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 18 ne jamais dépasser dans une exploitation à ciel ouvert. Dans ce cas il n’est plus question d’envisager une exploitation souterraine parce que son coût est supérieur à la valeur du minerai. Le coût d’exploitation à ciel ouvert évolue rapidement avec la profondeur tandis que la méthode souterraine voit son prix de revient augmenter faiblement lorsqu’on s’enfonce dans l’écorce terrestre. Par conséquent, il existe une profondeur critique Ho et un rapport critique Ro de stérile sur minerai au-delà desquels l’exploitation souterraine revient moins chère que l’exploitation à ciel ouvert. f. Etude économique Deux cas se présentent : Si on envisage d’utiliser les 2 méthodes, l’étude économique vise à comparer les coûts en souterraine et les coûts à ciel ouvert. La profondeur ultime est atteinte si le coût de revient de la MCO=coût de revient de la MS. Le volume du stérile augmente très rapidement avec la profondeur à cause de la stabilité des pentes à respecter. Cette augmentation s’accompagne d’une augmentation considérable des coûts de surface. La profondeur ultime peut être déterminée par calcul : Soit la fosse idéale : Et les paramètres suivants : C : coût d’extraction unitaire par méthode souterraine Co : coût d’extraction unitaire par méthode de surface Su : coût unitaire par déplacement du stérile en méthode de surface R : le rapport stérile sur minerai Ro : rapport critique en tonne de minerai Wm : surface du minerai Ws : surface du stérile H : profondeur du minerai α : l’angle d’inclinaison du talus La profondeur ultime pour la méthode de surface est atteinte si Ro = C - Co / Su La profondeur ultime est donnée par H = Ws. Ro. tanα/2. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 19 C’est la profondeur ultime après la méthode souterraine. Si seule la méthode de surface est envisagée, le rapport critique stérile sur minerai qui donnera la profondeur ultime sera déterminée par la valeur de la substance utile du moment et les coûts opératoires. Le profit nous donne P = V-(Co+SuR+Ct) avec P : le profit, Ct : le coût du traitement, V : la valeur du minerai A la profondeur ultime, le profit est nul. Ainsi, V = Co+SuR+Ct. Déterminons R : R = V-(Co-Ct)/Su. A la profondeur ultime R s’écrit Ro donc Ro=V-(Co-Ct)/Su. Il n’y plus d’extraction de minerai donc Ro=V/Su. Si dans une exploitation on a R =V/Su, alors on est à la profondeur ultime de la Méthode à Ciel Ouvert (MCO). 2. Traçage de la fosse Eléments fondamentaux de l’exploitation à ciel ouvert On appelle fosse (carrière ou découvert) l’ensemble des ouvrages réalisés pour l’exploitation des minerais à ciel ouvert. Un gradin est la partie du mort terrain ou du gisement que l’on enlève de manière autonome et qui est desservi par les moyens de transport qui lui sont propres. Le gradin est le premier élément d’une exploitation à ciel ouvert. Dans un gradin, on distingue : - Le toit - Le mur - Le talus - Les arêtes supérieures - Les arêtes inférieures - L’angle du talus On appelle : Toit : la surface horizontale limitant le gradin et sa partie supérieure Mur : la surface qui limite le gradin coté du vide de l’exploitation Talus : terrain en pente formant le bord de la fosse Les arêtes supérieures : les lignes d’intersection du toit du gradin avec son talus Les arêtes inférieures : les lignes d’intersection du mur avec son talus L’angle du talus : angle que fait le talus avec l’horizontal. Les gradins sont exploités par zones de largeur sur toute la longueur du gradin. Ces zones enlevées sont appelées enlevures. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 20 Une partie de l’enlevure délimitée en longueur et exploités par des moyens d’abattage et de chargement indépendants est appelé bloc. Comme éléments fondamentaux de la méthode de surface, on peut citer : o Le gradin o Le bloc o Les fosses ou ouvrages d’évacuation des eaux de ruissellement Le minerai est divisé en plusieurs gradins de hauteurs presqu’égales Le mort terrain doit être décapé. 3. Abattage Dans le cas des roches tendres, les équipements utilisés pour extraire le minerai sont les pelles mécaniques. Elles travaillent par pelle en bulle ou par dragline. On utilise très peu d’explosifs. Si les roches sont dures, on a recours aux explosifs. On réalise des trous dans la roche et on introduit les explosifs. 4. Extraction et chargement L’extraction et le chargement sont effectués à l’aide d’engins tels que les pelles, les scrapers, les chargeurs, etc. les pelles sont des engins cycliques fonctionnant en boucle selon un cycle généralement décrit de la façon suivante : - Remplissage du godet - Soulèvement du godet - Rotation de la cabine et positionnement au-dessus du camion à charger - Déchargement - Repositionnement en phase de remplissage 5. Le transport Les équipements de transport disponible dans le cadre d’une exploitation minière à ciel ouvert ont déjà été étudiés dans un chapitre précédent. II. FOSSE A CIEL OUVERT AVEC DEUX GRADINS UNIQUEMENT On utilise cette méthode lorsque les gisements ont une grande extension latérale par rapport à l’extension latérale. Le forage et le sautage ne sont pas indispensables. Le matériau est excavé de la même façon que précédemment sauf que les enlevures sont constituées de 2 gradins. III. L’EXTRACTION DES PLACERS Elle a été étudiée au chapitre 4 mais les réserves sont plus importantes et les engins sont plus importants. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 21 Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 22 CHAPITRE VII : EXPLOITATION MINIERE SOUTERRAINE C’est une exploitation caractérisée par une main d’œuvre intensive, des coûts opératoires onéreux, une production importante en termes de matériau exploité, un gisement de valeur et d’assez grande teneur. I. LES TECHNIQUES D’EXPLOITATION Les techniques d’exploitation souterraine varient beaucoup à cause de la grande variété des formes et des caractéristiques des gisements. 1. Les dépôts métalliques Ils sont non stratifiés, d’origine intrusive se présentant sous forme de filon, de veine ou d’amas. La minéralisation est irrégulière, les roches très dures d’où l’utilisation d’explosifs. Les supports ne sont pas nécessaires et on a rarement la présence de gaz. Les dépôts sont de petite taille et disséminés dans les roches dures. Les durées de vie varient de 10 à 25 ans. Les travaux de développement s’étendent sur plusieurs niveaux de haut vers le bas d’où une ossature dans le plan vertical. 2. Les dépôts sédimentaires Ils sont caractérisés par une minéralisation stratifiée d’origine sédimentaire se présentant sous forme de couche de roches tendres. La minéralisation est régulière et on utilise très peu d’explosifs. Les supports sont requis pendant l’exploitation. On a parfois la présence de gaz très dangereux (S, CO2, SO2, CH4). Les dépôts sont très étendus et l’ossature se trouve dans le plan horizontal. Les travaux de développement s’étendent sur quelques niveaux du haut vers le bas mais suivants plusieurs stations dans le plan horizontal. Les durées de vie sont supérieures à 30 ans. II. EXPLOITATION DES GISEMENTS SEDIMENTAIRES On distingue le cas des couches minces et des couches épaisses. Les couches minces sont généralement extraites une seule fois. La puissance ne dépasse pas 4m. Dans l’exploitation, on est contraint d’abandonner 30-50% du minerai qui sert de piliers pour soutenir le toit. En contrepartie nous avons une meilleure sécurité. Les méthodes d’exploitation se font suivant des pentes. Dans le cas des couches épaisses, on subdivise la minéralisation en plusieurs couches minces. III. EXPLOITATION DES GISEMENTS INTRUISIFS Il s’agit des dépôts métalliques. Les méthodes de dépilage se font essentiellement sans piliers. Les paramétrages techniques dépendent des conditions économiques du moment. IV. LES ETAPES DE L’EXPLOITATION SOUTERRAINE L’exploitation souterraine respecte une organisation des travaux. Cette organisation est rigoureuse et tient compte des objectifs fixés. Elle commence par les travaux de développement jusqu’à l’extraction de la substance utile en passant par l’extraction du minerai. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 23 1. Les travaux de développement Les travaux comprennent plusieurs parties. On peut citer l’entrée principale, les galléries, les montages, etc. L’entrée principal or puits principal Elle se présente sous forme de puits ou sous forme de rampe. Elle sert à transporter le minerai et le stérile, le personnel, à installer les appareils de ventilation, à transporter le matériel et sert à installer les conduits électriques. Les galléries Elles forment un réseau à partir duquel sera attaqué le dépôt. Il s’agit des différents tunnels creusés dans la roche pour attaquer le minerai. Les galléries servent de base à l’exploitation souterraine. Les galléries peuvent être empruntées pour poursuivre la recherche. Les montages Ils servent à relier les niveaux entre eux dans le minerai. Ils permettent d’accéder directement au niveau plus haut ou plus bas sans passer par le puits principal. Ils permettent également l’évacuation rapide des matériaux abattus. Les stations-services Ce sont des espaces aménagés dans le sous-sol qui servent de relais lorsque la mine s’enfonce trop loin. On peut y faire un pré-concassage, y installer des relais électriques, des ateliers de réparation. Les recettes Chaque niveau d’exploitation s’appelle recette. Les travers-bancs Ils permettent d’accéder à différents niveaux dans le minerai. Une fois tous les travaux élaborés, il faut passer à l’exploitation proprement dit. Tout commence par l’extraction. L’extraction se fait par diverses méthodes. 2. Les méthodes d’exploitation En exploitation souterraine, plusieurs méthodes sont utilisées. La méthode par chambre vide Le vide créé par l’enlèvement n’est pas remblayé. Le toit est soutenu artificiellement par une charpente. Le minerai est extrait par bloc de 2 à 3 m3. Cette méthode est utilisée lorsque les roches sont dures. La méthode par chambre magasin Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 24 Le minerai abattu est emmagasiné sur le chantier et constitue le soutènement du toit. Pendant la durée de l’abattage, on enlève le surplus de minerai dû au foisonnement. L’abattage progresse en montant. Le vide crée par l’enlèvement sert de plateforme à l’extraction ultérieure. Cette méthode est efficace pour les gisements à pendage élevé, très dures et ayant le toit et le mur stables. La méthode par blocs foudroyés Les trous se font en éventail. On abat le minerai par bloc ou par tranche. Cette méthode est appliquée pour les couches puissantes d’au moins 20m. La méthode par chambre remblayée Le minerai est abattu par tranche horizontale du fond vers la surface. Le minerai est complètement dégagé et l’espace est remblayé par des matériaux (sables, stériles, etc.). Ce remblai sert à la fois de support au toit et au mur mais aussi de plateforme pour extraire la couche supérieure. La méthode par chambre et pilier Dans cette méthode on extrait le minerai en laissant des vides (chambres) et des blocs de minerai qui serviront de piliers de soutènement. Avec cette méthode, 30 à 40% du minerai est abandonné mais on a une meilleure sécurité. Elle est efficace dans les mines sédimentaires de charbon, de calcaire, etc. l’extraction ne se fait pas à 100%. 3. Equipements de chargement et de transport Il s’agit des mêmes équipements de chargement que dans le cas de l’exploitation à ciel ouvert mais de taille plus réduite. On peut citer les chargeuses frontales, les camions bennes, les convoyeurs, etc. 4. La ventilation minière Le principe consiste à créer une différence de pression entre l’air frais plus dense qui entre dans la mine et l’air usager moins dense qui en ressort. L’air va du point le plus haut au point le plus bas. On envoie l’air conditionnée dans les galléries. Le rôle de la ventilation est de préserver la vie des employés, de maintenir la pression atmosphérique, d’évacuer les poussières et fumées créées par l’extraction et le pré-concassage, diluer les fumées des explosifs et des engins. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 25 CHAPITRE VIII : LES TECHNIQUES DE FORAGES ET D’ABATTAGE A EXPLOSIF Le forage consiste à percer la roche. C’est la méthode la plus courante d’échantillonnage. Les échantillons remontés sont sous forme de débris ou sous forme carottée. Dans le domaine minier il existe 3 types de forages : - Forage d’exploration - Forage de développement - Forage de production I. FORAGE D’EXPLORATION Il s’agit de faire la reconnaissance et de déterminer la présence d’indice de minéralisation. Les forages d’exploration sont carottés ou destructifs, ils permettent d’avoir des renseignements sur la zone minéralisée voire sur corps minéralisé. Ils permettent également de comprendre la stratigraphie des formations rencontrées du haut vers le bas. Le programme de forage d’exploration doit nous donner des informations suffisantes pour répondre plus ou moins quant à l’existence d’un gisement. Il s’agit de réduire les risques de prise de décision. On réalise peu le forage d’exploration. II. FORAGE DE DEVELOPPEMENT Autour des forages d’exploration ayant donnés de bons résultats, on entreprend un autre programme plus complexe et plus couteux de forage dit forage de développement. Il s’agit de comprendre exactement les caractéristiques du corps minéralisé. Les forages du développement ne s’intéressent qu’aux zones minéralisées. Ce programme doit nous informer sur : - La géologie de la zone - La minéralogie - La pétrographie - Les caractéristiques spatiales - Les épaisseurs - Les caractéristiques physiques (dureté, porosité et altérabilité) - La métallurgie - L’hydrogéologie Les échantillons remontés sont décrits et permettent de concevoir des plans et des coupes très importantes dans la planification de l’exploitation. On pourra éventuellement calculer les réserves. III. FORAGE DE PRODUCTION Ils sont toujours destructifs. En phase d’exploitation, quand la roche est très dure le forage de production consiste à faire des trous où seront installés des explosifs. Il précède le sautage ; Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 26 quand les roches sont tendres les forages de production servent au contrôle géologique avant l’extraction du minerai. IV. LES TECHNIQUES DE FORATION En fonction de l’outil utilisé et du minerai récupéré on distingue les forages à percussion, à rotation et au diamant. 1. Forage à percussion L’outil est le marteau. Il créé une pression de 100 à 500 MPa dans le trou capable de pulvériser les roches. Les trous réalisés ont un diamètre entre 76 et 203 mm. 2. Forage à rotation L’outil de perforation est constitué de trillâmes ou tricônes ayant des vitesses de rotation de 50 à 100 tours par minute. Les trous réalisés ont un diamètre de 200 à 250 mm. 3. Forage au diamant Les taillant ont à leur extrémité des grains de diamant ; avec une pression suffisante, les tiges appuient le taillant en rotation et la roche est emprisonnée dans le carottier (couronne + tige). Le matériau remonté révèle exactement la roche traversée. Au fur et à mesure on injecte un lubrifiant pour refroidir la couronne et faciliter l’extraction de carotte. Plusieurs diamètres sont utilisés. De façon schématique : Dans le domaine minier, on utilise fréquemment NQ et HQ. V. LES TECHNIQUES D’ABATTAGE A EXPLOSIF Un explosif est une substance composée d’éléments solides et ou liquide susceptible de décomposition violent et rapide en dégageant une grande quantité de chaleur et de gaz après détonation. Pendant l’explosion, on peut observer un dégagement de gaz, production de chaleur et une autre pression. Les caractéristiques des explosifs sont : - La concentration ou la densité de l’explosif (kg/m) Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 27 - La vitesse d’explosion : vitesse de propagation de l’onde de choc - La puissance : le coefficient de particule de masse rapporté au volume. C’est le rapport de volume de roche que peut faire exploser la masse de la charge. - La sensibilité au choc ; c’est la facilité qu’à l’explosif d’exploser 1. Classification des substances explosives En fonction de la vitesse d’explosion, on distingue les explosifs lents ou déflagrants (V=800m/s) tels que les poudres noires, les bombes à oxygène liquide et les dispositifs rapides ou détonants (V>800m/s) dont l’action est quasi instantanée (les dynamites à base de nitroglycérine). 2. Les types d’explosif Les principaux explosifs couramment utilisé sont : - Les dynamites - Le nitrate de fuel - Les explosifs nitratés. a. Les dynamites Ce sont des mélanges à base de glycérine et de nitrate d’ammoniac. Il en existe toute une gamme allant des dynamites faibles aux dynamites fortes. Les dynamites faibles contiennent un faible pourcentage de nitroglycérine. Les dynamites fortes sont des dynamites brisantes car elles provoquent la plus forte onde de choc. Le pourcentage de nitroglycérine est élevé (40% et plus). Ces dynamites sont livrées sous forme de cartouches et sont utilisées souvent pour les roches dures en liaison avec du nitrate de fuel pour l’abattage au pied. b. Le nitrate de fuel C’est un mélange de nitrate d’ammonium et de fuel. Le nitrate n’est pas un explosif, il est normalement utilisé comme engrais dans l’agriculture. Mais par adjonction avec une quantité de fuel, il devient une substance explosive. La proportion de nitrate dans le mélange est de 6 à 10% du volume. Le nitrate de fuel se compose sur place sur le lieu de l’emploi, au moment même de l’emploi. Ce qui fait son succès. c. Explosifs en bouillie Ce sont des substances visqueuses constituées de dynamites et de gélatine. Ils contiennent 10 à 30% d’eau et sont à base de nitrate d’ammonium. d. Explosifs nitratés Ce sont également des mélanges contenant des nitrates d’ammoniac. La proportion de nitrate d’ammoniac est toujours élevée. Les performances de ces explosifs sont moindres que celles des dynamites. Ils sont utilisés dans les roches moins dures. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 28 e. Explosifs en émulsion Ce sont des composés d’huile minérale de combustible et de nitrate d’ammoniac. 4. Les artifices ou accessoires de mise à feu La mise à feu des explosifs exige un certain nombre d’accessoires spéciaux et de précautions qui jouent un rôle important pour obtenir un bon rendement. Le choix de ces accessoires doit être fait avec le plus grand soin. Il en existe 2 types : - Les systèmes électriques et - Les systèmes non électriques. a. Les systèmes non électriques On a le détonateur ordinaire, la mèche lente et le cordeau détonant. Le détonateur Il est constitué par un tube de cuivre ou d’aluminium qui contient une marge d’explosif puissant et très sensible à son extrémité. Cette charge est chargée par une petite pièce métallique appelée opercule dans laquelle est faite une ouverture. Mèche lente ou mèche de sécurité Elle est constituée par un mince filet de poudre noire enroulé dans une ou plusieurs couches de jute ou coton appelés graines et qui sont imprégnées de diverses substances destinées à lui donner une plus grande imperméabilité. Avant de procéder à la mise à feu on coupe en biais l’extrémité de la mèche de façon à mettre en vue une partie du cordeau de poudre. Le cordeau détonant A la différence des détonateurs qui détonnent sous l’action de chaleur, il faut un choc plus violent provoqué par une explosion pour mettre en œuvre le cordeau détonant. Une fois mise à feu il transmet à l’explosif et agit comme un détonateur. Le cordeau détonateur est constitué de petit diamètre rempli d’un explosif sensible tel que le TNT placé à l’intérieur d’une graine de jute ou de coton. Le détonateur est mis à feu, l’explosion qui s’ensuit se propage le long du cordeau détonant à une vitesse de l’ordre de 800m/s et l’onde de choc ainsi créé est suffisante pour faire exploser une cartouche au contact avec l’autre extrémité. Le cordeau détonant ne pouvant exploser par lui-même, son emploi est plus sécurisant. Pour le chargement des mines verticales profondes, il évite de ne pas mettre dans le forage des cartouches amorcées. Le système nomel Il est muni d’un tube plastique transparent dont la face intérieure est recouverte par une mince couche explosive. b. Les systèmes électriques Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 29 Ce sont des artifices qui sont activées par un courant électrique. Ce système a permis un haut degré de sécurité aux opérations de sautage. Dès lors le dynamiteur peut se mettre à l’abri et contrôler l’instant de mise à feu. Le risque de raté est réduit. Le détonateur électrique C’est un détonateur ordinaire auquel on ajoute une tête d’allumage électrique qui loue le même rôle que la mèche lente du détonateur ordinaire. Le détonateur comprend un allumant, un inflammateur qui déclenche l’explosion qui contient un filament métallique soudé aux conducteurs. Les conducteurs sont isolés par une gaine en matière plastique. Lorsqu’on envoie un courant électrique à travers les fils, le filament rougit et allume l’inflammateur. La flamme ainsi produite provoque l’explosion de charge explosive du détonateur à travers l’ouverture de l’opercule. Le détonateur à retard Il sert à réaliser un échelonnement des coups de mine. On fait sauter plusieurs explosifs en mettant entre chaque explosion un temps de repos généralement s’une seconde. Le détonateur à microretard Dans cette catégorie de détonateurs les retards sont échelonnés se 25 à 30 ms au lieu d’une demi-seconde de recul. Il permet une meilleure fragmentation de la roche. On obtient un meilleur rendement de l’explosif du fait que l’explosion de la mine de la rangée n+1 se produit dans la roche encore sous l’effet de l’onde de choc provoqué par l’explosion de la rangée n. les détonateurs à microretard remplacent de plus en plus les détonateurs à retard. 5. Amorçage C’est l’opération qui consiste à relier l’explosif à l’artifice de mise à feu. On désigne par cartouche amorce la cartouche explosive à laquelle est fixé l’artifice de mise à feu. La partie de l’explosif dans laquelle on met le détonateur ou artifice de tir est appelée cartouche- amorce. a. Amorçage avec un détonateur ordinaire La mèche lente est reliée au détonateur qui est introduit dans la cartouche d’explosif c'est-àdire la cartouche-amorce. La cartouche-amorce est préparée en dernière position. Cette opération se fait au moyen d’une pièce spéciale en bronze. Elle ne doit jamais se faire avec une pièce en acier ou avec des dents. b. Mode d’amorçage On distingue un amorçage antérieur dans lequel la cartouche-amorce est au-dessus des cartouches et l’amorçage postérieur où la cartouche-amorce est au fond du forage. Il existe aussi l’amorçage intermédiaire qui consiste à placer la cartouche-amorce au milieu de la charge. Cette méthode est interdite car le détonateur détonne dans un sens bien défini, il y a donc risque qu’une partie seulement de la charge soit atteinte car l’onde de détonation s’est propagée dans une seule partie de la charge. Et cette seule partie qui explosera. Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 30 Figure 4: Amorçage postérieur Figure 5: Amorçage antérieur c. Amorçage avec un détonateur électrique La procédure est la même qu’avec un détonateur ordinaire. Les fils du détonateur sont solidarisés avec la cartouche par un ligateur avec une bande de chatterton. d. Amorçage au cordeau détonant L’extrémité du cordeau doit être solidement attachée le long de la cartouche-amorce au moyen de ligature ou bande de chatterton. A son extrémité libre, hors du forage le cordeau détonant est amorcé au moyen d’un détonateur ordinaire et d’une mèche lente ou encore au moyen d’un détonateur électrique. Figure 6: Amorçage au cordeau détonant VI. EVALUATION DU TIR 1. Mise à feu Les explosifs étant chargés au fond du trou de mine et amorcé à l’aide de détonateur ou de cordeau détonant, il faut maintenant provoquer l’explosion. L’ensemble des mines à exploser Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 31 s’appelle la volée, le sautage de la volée s’appelle le tir ou la mise à feu. La mise à feu consiste à faire sauter la volée et pour cela il faut porter des détonateurs à une température qui déclenche l’explosion. Ce système est déclenché à l’aide d’exploseurs. Ce sont des appareils portatifs pour fournir le courant nécessaire à l’explosion des détonateurs. a. Exploseurs à pile ou accumulateurs La source de courant est une batterie qui charge un condensateur. Lorsque la tension de charge du condensateur atteint une valeur suffisamment élevée, un dispositif automatique envoie du courant dans la ligne de tir. Ces appareils étant beaucoup plus lourds que les exploseurs à magnéto, ils sont souvent montés sur un chariot de roue. Ce sont les seuls qu’on peut utiliser pour faire exploser les détonateurs à haute intensité. b. Exploseurs à dynamo ou à magnéto Ils sont constitués par une magnéto actionnée pendant un temps très court généralement 2 à 1 seconde par la détente d’un ressort en spirale. L’ensemble est logé dans une boite portative. Le montage et le déclenchement du ressort ne peuvent se faire qu’à l’aide d’une clé spéciale que le dynamiteur doit conserver sur lui. Il existe des modèles pour tirer 25 à 100 trous de mine avec des détonateurs à basse intensité. Ils sont mal adaptés aux tirs des détonateurs à haute intensité 2. Conception du tir Figure 7: Illustration du tir Les paramètres de sautage sont : - Ib : concentration de la base (kg/m) - Su : surforation (hauteur de la charge de pied : Su= 0,3B) - H : la hauteur du banc) Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 32 - Hc : la hauteur de charage - B : la distance du trou de forage à la face libre : le fardeau o B = 1,47 × √Ib pour les dynamites o B = 1,36 × √Ib pour le nitrate de fuel - Bo : bourrage (matériau ou matière inerte qu’on place au-dessus de la charge pour mieux la confiner) : B=3Bo ou Bo=B/3 - E : espacement entre 2 trous voisins de la même rangée : E= 1,25B - D : diamètre du trou de forage - L : profondeur totale du trou de forage 3. Le choix du patron - Le patron est la disposition géométrique des trous. On peut citer : - Le patron carré : E=B - Le patron rectangulaire : E≠ B - Le patron quinconce (patron carré avec un trou au milieu) - Le patron losange - Le patron parallélogramme 4. Techniques de mise à feu Elle dépend de la manière dont on veut exploser la roche. La roche peut être projetée en V ou de façon linéaire. 5. Evaluation du tir La surface S influencée par un trou est : S=E×B Si on connait la hauteur du banc ou l’épaisseur de la couche à exploser, on peut déterminer le volume V influencé : V = S × H. Si on connaît la densité moyenne d des matériaux, le tonnage abattu par trou Tt est : Tt=V× d Si n le nombre total de trou pour exécuter le tir, le tonnage total T abattu est T= Tt × n On peut également déterminer la quantité Qc de charge explosive utilisée par trou : Qc = Hc × Ib Et Q la charge totale utilisée : Q = Qc × n Parfait Yao, Ingénieur des mines [email protected] 33
