Introductionlexploitationdesmines

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COURS D'INTRODCTION A L'EXPLOITATION DES MINES
Book · November 2019
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Yannick Ilunga Yano
University of Kolwezi
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COURS
D’INTRODCTION
L’EXPLOITATION DES MINES
2019-2020
ILUNGA YANO YANNICK
Université de Kolwezi
©I2Y
A
COURS
D’INTRODCTION
L’EXPLOITATION DES MINES
2019-2020
ILUNGA YANO YANNICK
Master of Business Administration
Ingénieur Civil des mines
©I2Y
A
Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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AVANT‐PROPOS
Nous tenons à remercier l’Eternel Dieu Créateur de l’Univers dans
lequel nous menons nos études. Nous remercions également notre
famille qui ne cesse de nous soutenir dans toutes nos entreprises, nos
amis, nos collègues ainsi que toute connaissances qui nous est trop
chère. Nous remercions également les autorités académiques, en
commençant par notre cher Président de la République avec tout son
gouvernement, notre cher gouverneur de la province du Lualaba avec
tout son gouvernement, notre Recteur avec toute son équipe rectorale,
ainsi que notre doyen avec son équipe décanale.
Ce cours d’introduction à l’exploitation des mines ne requiert pas de
prérequis, néanmoins les notions suivantes sont nécessaires :

La géologie

La cristallographie

La pétrographie

La minéralogie
Quarante-cinq heures sont suffisantes pour une bonne introduction à
l’exploitation des mines, aucun logiciel n’est obligatoire, néanmoins
une calculatrice, une latte, un compas, une équerre ou un logiciel de
dessin assisté par ordinateur sont important pour l’appréhension de
l’exploitation des mines.
Nous vous serons reconnaissons si vous adressez toute remarque sur ce
cours au +243 994 690 333 ou à l’adresse [email protected] .
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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CHAPITRE I. GENERALITES
Depuis l’aube des temps, l’homme cherche à satisfaire ses besoins par la création
des outils et instruments, nous voyons les montres pour la mesure de temps, les
téléphones pour les communications, les vêtements pour l’habillements, etc. Ces
outils et instruments font intervenir les éléments que nous retrouvons dans la
nature : le fer, le cuivre, le coltan, le cobalt, etc.
Pour s’en procurer, l’homme se voue aux activités d’extraction de ses éléments de
la croute terrestre, activités que nous appelons exploitation des mines. Ainsi donc,
quelques définitions sont nécessaires pour aborder l’exploitation des mines
Contribution des mines à la civilisation
L’exploitation des mines pourrait bien être la seconde plus ancienne activité de
l'humanité après l'agriculture qui est la première activité dans le développement de
la civilisation humaine. Les deux secteurs classés ensemble comme les industries
primaires ou fondamentales de la civilisation.
Pour ce qui de notre pays, la République Démocratique du Congo, l’industrie
minière occupe une place privilégiée pour l’économie nationale (Kampata, 2018) :

+ 75 millions de tonnes de cuivre

+ 6 millions de tonnes de cobalt

+750 tonnes d’or

+ 700 millions de carat de diamant

+ 800,000 tonnes de cassitérite
La localisation des ressources se présente comme suit :
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Figure 1. Les richesses de la République Démocratique du Congo
Peu de choses ont changé dans l’importance de ces industries depuis le début de la
civilisation. Si l'on considère la pêche et l'exploitation forestière dans le cadre de
l'agriculture et de la production de pétrole et de gaz dans le cadre de l'exploitation minière,
alors l’agriculture et les mines continuent de fournir tous les produits de base, les ressources
utilisées par la civilisation moderne.
De la préhistoire à nos jours, l'exploitation minière a joué un rôle important dans l'existence
humaine. Actuellement le terme extraction est utilisé dans son contexte le plus large
comme englobant l'extraction de toute substance naturelle minérale solide, liquide ou gaz
de la terre ou autre organe céleste pour des fins utilitaires. La plus importante de ces
utilisations pour les minéraux sont identifiés dans le tableau 1.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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L'histoire de l'exploitation minière est fascinante. Il parallèle à l'histoire de la civilisation,
avec de nombreuses époques culturelles importantes associées à et identifiés par divers
minéraux ou leurs dérivés :
1. L’âge de pierre (4000 avant Jésus-Christ),
2. L’Age du bronze (4000 à 5000 avant Jésus-Christ)
3. L'âge du fer (1500 à 1780 avant Jésus-Christ),
4. L’Age de l’acier (1780 à 1945),
5. Et de l'âge nucléaire (1945 à aujourd'hui).
Beaucoup de repères dans Le voyage de l'histoire :

Marco Polo en Chine,

Les voyages de Vasco de Gama en l'Afrique et en Inde,
La découverte de Christophe Colomb du Nouveau Monde, et le moderne rué vers l'or qui ont
conduit à l'établissement de la Californie, l'Alaska, l'Afrique du Sud, Australie, et le Klondikecanadienne ont été réalisé avec des minéraux fournissant une incitation majeure.
Table 1. Utilisations des minéraux dans la civilisation humaine
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L'abondance de minéraux fournit également un procédé de création de richesse. Les minéraux
peuvent être commercialisés sur le marché libre, permettant aux pays qui les posséder d’obtenir
des devises précieuses en provenance de pays qui ne les ont pas. Cela se traduit généralement dans
les pays riches en minéraux en grandes civilisations du monde tandis que les pays qui n’en ont pas,
souffrent généralement d'une norme inférieure de vie.
Pour en savoir plus sur ce sujet, voir la Section 6. La possibilité d'utiliser les ressources minérales
comme un moyen de créer de la richesse ouvre la possibilité que les pays tenteront de contrôler
l'ensemble du marché d’un minéral particulier, pour créer un cartel économique de ce minéral. En
1973, l’Organisation des pays exportateurs de pétrole (OPEP) a tenté de contrôler les prix du
pétrole dans une audacieuse manœuvre pour obtenir des bénéfices exceptionnels sur le produit.
Malgré son succès dans le court terme, le cartel a finalement perdu en efficacité en raison de la
production accrue du produit ailleurs et la difficulté au contrôle de leurs propres pays membres.
Depuis quelques années, l'OPEP a réussi à réglementer les prix du pétrole dans une
impressionnante démonstration de la valeur de posséder et la production de certains des minéraux
les plus précieux du monde. Autres cartels ont également été tentés. Cependant, la plus grande
liberté dans le commerce international fait maintenant une telle tentative moins susceptible de
réussir.
Terminologie
Il y a beaucoup de termes et expressions uniques à l'exploitation minière qui caractérisent
le terrain et identifient l'utilisateur de ces termes comme '' mineur. '' L'étudiant de
l'exploitation minière est donc conseillé de se familiariser avec tous les termes utilisés dans
l'exploitation minière, en particulier ceux qui sont propres à soit aux mines ou aux
minéraux. La plupart de la terminologie de l'exploitation minière est introduit dans les
sections de ce cours où ils sont, plus applicables. Certains termes généraux sont mieux
définis dès le départ de ceux qui sont décrits ici.
Les trois termes suivants sont étroitement liés :
1.
Mine : une excavation faite dans la terre pour extraire les minéraux
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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2.
Mines : l'activité, la profession et l'industrie concernée par l'extraction des minéraux
3.
Génie minier : la pratique d'appliquer les principes du génie au développement, la
planification, l'exploitation, la fermeture, et la valorisation des mines
Certains termes de distinguer différents types de minerais extraits. Géologiquement, on
peut distinguer les catégories de minéraux suivants :
4.
Minéral : un élément minéral d'origine naturelle ou composé ayant une structure interne
ordonnée et une composition chimique caractéristique, forme cristalline, et les propriétés
physiques
5.
Roche : tout agrégat formé naturellement d'un ou plusieurs types de minéraux particuliers.
Les différences économiques dans la nature des gisements de minéraux est évident dans
les termes suivants :
6.
Minerai : un ensemble des minéraux qui ont une utilité et une valeur suffisante pour être
exploité avec profit.
7.
Gangue : les particules minérales sans valeur dans un gisement de minerai qui doit être mis
au rebut.
8.
Déchet ou stérile : le matériel associé à un gisement de minerai qui doit être exploité pour
obtenir du minerai et qui doit ensuite être jeté. La gangue est un type particulier de déchets.
9.
Un gisement est une concentration de minéral ou de minerais dans le sol ou le sous-sol. Dans
le cas d'un minerai on considère la concentration pour dire si un gisement est exploitable ou
non : travaux préliminaires des mines, effectués généralement par sondage (carrotage).
10. Un bassin est, au sens restreint, un bassin versant d'un fleuve (une rivière). Au sens large, c'est
une région géologique sédimentaire.
1. Un bassin minier est l'ensemble d'une zone exploitée ou exploitable, généralement un
ensemble de mines de charbon.
2. Un sillon houiller est un bassin houiller suivant l'allongement d'une ou plusieurs failles.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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3. Un bassin de décantation est destiné à séparer les boues d'épuration lors du traitement des
eaux (pompage de mine ou carrière, traitement du minerai...)
11. Carrière
: Exploitation d'un gisement de matériaux non-concessibles (par exemple : roches
destinées à l'empierrement, à la construction, à la sculpture, où à être transformées (granites,
marbres, calcaires, gypses, etc.), que ce soit en travaux de surface ou en souterrain.
12. Concession
désigne l'action de concéder un droit, une terre... et par extension, ce droit, cette
terre...
1. Concession minière possibilité donnée à un exploitant d'exploiter une mine même en
l'absence de l'autorisation du ou des propriétaires du sol.
2. Renonciation, retrait abandon ou annulation de titre minier.
13. District
: Région géologique regroupant un ensemble de gisements ou de gîtes ayant une
origine commune.
14. Gîte
minéral : Terme synonyme de gisement, mais est réservé le plus souvent pour un gîte
métallifère exploitable. Voir aussi à Gîtologie, une autre acception de ce terme.
15. Indice
: En géologie ou prospection minière, un indice est, pour une substance donnée, la
révélation en un point, de quelques traces qui permettent d'envisager la présence de cette
substance en grande quantité dans un lieu proche.
16. Mine
: Exploitation d'un gisement de matériaux concessibles (par exemple : d'or, de charbon,
de cuivre, de diamant, de fer, d'uranium, etc.), que ce soit en travaux de surface ou en
souterrain.
17. Exploitation
recouvre l'ensemble des métiers d'extraction des matières premières telles que le
pétrole, le gaz naturel, et d'autres ressources naturelles, du sous-sol. Exploitation : synonyme
de mine.
18. Placer
(n. m.) mot espagnol, venu du catalan placel (prononcer *placèr), place ; (le mot fait
immanquablement penser à l'italien piacere, plaisir…) : Accumulation de minéraux
exploitables (or, pierres précieuses, monazite, cassitérite, ilménite, etc.) et/ou minerais divers,
dans une zone alluvionnaire (gisement alluvionnaire).
19. Secteur, quartier d'une exploitation minière. Également région minière (synonyme de district).
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Une subdivision des types de minerais extraits par l'humanité est également commune. Ces termes
sont souvent utilisés dans l'industrie faisant la différence entre les carburants, les métaux et les
minéraux non métalliques. Ce qui suit sont les termes les plus courants utilisés dans cette
différenciation :
20. Minerais
métalliques : les minerais de métaux ferreux (fer, manganèse, molybdène, le
tungstène et), les métaux de base (cuivre, plomb, zinc, étain etc.), les métaux précieux (or,
argent, les métaux du groupe du platine), et les minéraux actifs (uranium, le thorium et le
radium).
21. Minéraux
non métalliques (aussi connu comme les minéraux industriels) : les non
combustibles, les minerais qui ne sont pas associés à la production de métaux. Ces minéraux
comprennent le phosphate, potasse, sel gemme, trona, sable, gravier, le calcaire, le soufre, et
plein d'autres.
22. Les
combustibles fossiles (aussi connu comme les combustibles minéraux): les substances
minérales organiques qui peuvent être utilisés comme combustibles, comme le charbon, le
pétrole, le gaz naturel, houille méthane, gilsonite, et les sables bitumineux.
Il convient de noter que l'ingénieur des mines est associé à l'extraction de près de toutes ces
ressources minérales. Cependant, la production de pétrole et de gaz naturel a évolué pour devenir
une industrie distincte avec une spécialisée de technologie propre. Ces produits minéraux ne seront
pas discutés en détail ici.
L'essence de l'exploitation minière pour extraire les richesses de la terre est de conduire à une
excavation ou fouilles de la surface du gisement minéral. Normalement, ces ouvertures
dans la terre sont destinées à permettre au personnel d'entrer dans le dépôt souterrain. Cependant,
les forages sont parfois utilisés pour extraire des valeurs minérales de la terre. Ces champs de
forages sont aussi appelés les mines, car ils sont les moyens d'exploiter un gisement minéral, même
si personne ne pénètre dans le domaine géologique du gisement.
Notez que lorsque la rentabilité économique d'un gisement minéral a été établie avec une
certaine confiance, minerai ou gisement de minerai sont préférés comme terme descriptif
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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de l’occurrence minéral. Toutefois, le charbon et les dépôts de minéraux industriels ne sont
souvent pas ainsi désignés, même si leur la rentabilité a été fermement établi.
Si l'excavation est utilisée pour l'exploitation minière entièrement ouverte ou à partir de la surface,
il est appelé une mine de surface ou mine à ciel ouvert. S’il se compose d'excavation pour passage
humain sous la surface de la terre, il est appelé une mine souterraine.
Les détails de la procédure, mise en œuvre, et équipement utilisé dans la mine donne la
méthode d'extraction. Ceci est déterminé par les circonstances géologiques, physiques,
environnementaux, économiques et juridiques qui concernent le dépôt de minerai extrait.
L'exploitation minière n’est jamais faite correctement dans l'isolement, ni une entité en soi. C’est
précédé par des investigations géologiques qui localisent le dépôt et analyses économiques qui
prouvent financièrement la faisabilité.
Après l'extraction du combustible, minéral industriel, ou de minerai métallique, la matière
d'exécution de la mine est généralement nettoyée ou concentrée. Cette préparation ou
l'enrichissement du minerai dans un produit de qualité supérieure est appelé la transformation des
minéraux. Les produits minéraux enfin produits peuvent alors subir une nouvelle concentration, le
raffinement ou la fabrication lors de la conversion, de la fusion, le raffinage ou de fournir des
produits de consommation. L’étape finale dans la conversion d'une matière minérale en un produit
utile est le marketing.
Très souvent, les fouilles dans la terre sont utilisées à d'autres fins que l'exploitation minière. Ceuxci comprennent des travaux de génie civil et militaire dans laquelle l'objet est de produire une
ouverture stable d'une taille, l'orientation et la permanence souhaitée. Les exemples sont des
tunnels de véhicules, des tunnels d'eau, et d'égout, ainsi que le stockage souterrain les installations,
les zones d'élimination des déchets, et les installations militaires. Beaucoup d'entre ces fouilles
sont réalisées au moyen de la technologie minière type.
Professionnellement, les domaines d'activité associés aux industries des minéraux sont liés à la
phase dans laquelle se produit une activité. La localisation et l’exploration d’un gisement fait partie
de la géologie et des sciences de la terre.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Le Génie minier, déjà défini, englobe la preuve (avec le géologue), la planification, le
développement et l'exploitation d'un gisement minéral. L’ingénieur des mines peut également être
impliqué dans la fermeture et la réhabilitation de la propriété de la mine, même s’il ou elle peut
partager ces fonctions avec celles du domaine de l'environnement. Les domaines du traitement, de
raffinage, et de la fabrication sont attribués à la métallurgie, bien qu'il existe souvent un certain
chevauchement dans la zone de traitement minéral avec le génie minier.
Composition de la terre
Pour bien comprendre l’exploitation des mines, la géologie est d’une importance capitale.
Nous parlons de la géologie comme la science qui étudie la terre. La Terre est une planète
tellurique, c'est-à-dire une planète essentiellement rocheuse à noyau métallique,
contrairement aux géantes gazeuses, telles que Jupiter, essentiellement constituées de gaz
légers (hydrogène et hélium). Il s'agit de la plus grande des quatre planètes telluriques du
Système solaire, que ce soit par la taille ou la masse. De ces quatre planètes, la Terre a
aussi la masse volumique globale la plus élevée, la plus forte gravité de surface, le plus
puissant champ magnétique global, la vitesse de rotation la plus élevée et est probablement
la seule avec une tectonique des plaques active (Terre, 2019).
La surface externe de la Terre est divisée en plusieurs segments rigides, ou plaques
tectoniques, qui se déplacent lentement sur la surface sur des durées de plusieurs millions
d'années. Environ 71 % de la surface est couverte d'océans d'eau salée, les 29 % restants
étant des continents et des îles. L'eau liquide, nécessaire à la vie telle que nous la
connaissons, est très abondante sur Terre, et aucune autre planète n'a encore été découverte
avec des étendues d'eau liquide (lacs, mers, océans) à sa surface.
La Terre est principalement composée de fer (32,1 %55), d'oxygène (30,1 %), de silicium
(15,1 %), de magnésium (13,9 %), de soufre (2,9 %), de nickel (1,8 %), de calcium (1,5 %)
et d'aluminium (1,4 %), le reste (1,2 %) consistant en de légères traces d'autres éléments.
Les éléments les plus denses ayant tendance à se concentrer au centre de la Terre
(phénomène de différenciation planétaire), on pense que le cœur de la Terre est composé
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majoritairement de fer (88,8 %), avec une plus petite quantité de nickel (5,8 %), de soufre
(4,5 %) et moins de 1 % d'autres éléments.
Le géochimiste F. W. Clarke a calculé que 47 % (en poids, soit 94 % en volume) de la
croûte terrestre était faite d'oxygène, présent principalement sous forme d'oxydes, dont les
principaux sont les oxydes de silicium (sous forme de silicates), d'aluminium
(aluminosilicates), de fer, de calcium, de magnésium, de potassium et de sodium. La silice
est le constituant majeur de la croûte, sous forme de pyroxénoïdes, les minéraux les plus
communs des roches magmatiques et métamorphiques. Après une synthèse basée sur
l'analyse de 1 672 types de roches, Clarke a obtenu les pourcentages présentés dans le
tableau ci-contre :
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Tableau 1. Composition chimique de la terre
Composé
Formule
Silice
Composition
Continentale
Océanique
SiO2
60,2 %
48,6 %
Al2O3
15,2 %
16,5 %
CaO
5,5 %
12,3 %
MgO
3,1 %
6,8 %
Oxyde de fer(II)
FeO
3,8 %
6,2 %
Oxyde de sodium
Na2O
3,0 %
2,6 %
K2O
2,8 %
0,4 %
Oxyde de fer(III)
Fe2O3
2,5 %
2,3 %
Eau
H2O
1,4 %
1,1 %
CO2
1,2 %
1,4 %
TiO2
0,7 %
1,4 %
P2O5
0,2 %
0,3 %
99,6 %
99,9 %
Oxyde
d'aluminium
Oxyde de calcium
Oxyde
de
magnésium
Oxyde
de
potassium
Dioxyde
de
carbone
Dioxyde de titane
Pentoxyde
phosphore
Total
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de
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Formation des roches
L'intérieur de la Terre, comme celui des autres planètes telluriques, est stratifié,
c'est-à-dire organisé en couches concentriques superposées, ayant des densités
croissantes avec la profondeur. Ces diverses couches se distinguent par leur nature
pétrologique (contrastes chimiques et minéralogiques) et leurs propriétés physiques
(changements d'état physique, propriétés rhéologiques). La couche extérieure de la
Terre solide, fine à très fine relativement au rayon terrestre, s'appelle la croûte ; elle
est solide, et chimiquement distincte du manteau, solide, sur lequel elle repose ;
sous l'effet combiné de la pression et de la température, avec la profondeur, le
manteau passe d'un état solide fragile (cassant, sismogène, « lithosphérique ») à un
état solide ductile (plastique, « asthénosphérique », et donc caractérisé par une
viscosité plus faible, quoiqu'encore extrêmement élevée). La surface de contact
entre la croûte et le manteau est appelée le Moho ; il se visualise très bien par les
méthodes sismiques du fait du fort contraste de vitesse des ondes sismiques, entre
les deux côtés. L'épaisseur de la croûte varie de 6 kilomètres sous les océans jusqu'à
plus de 50 kilomètres en moyenne sous les continents. La croûte et la partie
supérieure froide et rigide du manteau supérieur sont appelés lithosphère ; leur
comportement horizontalement rigide à l'échelle du million à la dizaine de millions
d'années est à l'origine de la tectonique des plaques. L'asthénosphère se trouve sous
la lithosphère et est une couche convective, relativement moins visqueuse sur
laquelle la lithosphère se déplace en « plaques minces ». Des changements
importants dans la structure cristallographique des divers minéraux du manteau, qui
sont des changements de phase au sens thermodynamique, vers respectivement les
profondeurs de 410 kilomètres et de 670 kilomètres sous la surface, encadrent une
zone dite de transition, définie initialement sur la base des premières images
sismologiques. Actuellement, on appelle manteau supérieur la couche qui va du
Moho à la transition de phase vers 670 kilomètres de profondeur, la transition à 410
kilomètres de profondeur étant reconnue pour ne pas avoir une importance majeure
sur le processus de convection mantellique, au contraire de l'autre. Et l'on appelle
donc manteau inférieur la zone comprise entre cette transition de phase à 670
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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kilomètres de profondeur, et la limite noyau-manteau. Sous le manteau inférieur, le
noyau terrestre, composé à presque 90 % de fer métal, constitue une entité
chimiquement originale de tout ce qui est au-dessus, à savoir la Terre silicatée. Ce
noyau est lui-même stratifié en un noyau externe liquide et très peu visqueux
(viscosité de l'ordre de celle d'une huile moteur à 20 °C), qui entoure un noyau
interne solide encore appelé graine. Cette graine résulte de la cristallisation du
noyau du fait du refroidissement séculaire de la Terre. Cette cristallisation, par la
chaleur latente qu'elle libère, est source d'une convection du noyau externe, laquelle
est la source du champ magnétique terrestre. L'absence d'un tel champ magnétique
sur les autres planètes telluriques laisse penser que leurs noyaux métalliques, dont
les présences sont nécessaires pour expliquer les données astronomiques de densité
et de moment d'inertie, sont totalement cristallisés. Selon une interprétation encore
débattue de données sismologiques, le noyau interne terrestre semblerait tourner à
une vitesse angulaire légèrement supérieure à celle du reste de la planète, avançant
relativement de 0,1 à 0,5° par an.
Tableau 2. Couche géologique de la terre
Profondeur62
Couche
Densité
km
0–35
Croûte
Épaisseur Température
g/cm3
km
2,2–2,9
35
Lithosphère
°C
0–1 100
35–60
25
Manteau supérieur
60–670
3,4–4,4
Asthénosphère
610
1 100–2 000
670–2 890
Manteau inférieur
4,4–5,6
2 220
2 000–4 000
2 890–5 100
Noyau externe
9,9–12,2
2 210
4 000–6 000
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
5 100–6 378
Noyau interne
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12,8–13,1
1 278
6 000
Figure 2. Coupe de la terre depuis le noyau jusqu'à l'exosphère
Progrès De La Technologie Dans Le Secteur Minier
Comme l'un des plus anciens efforts de l'humanité et certainement l'un des premiers organisés,
l’industrie minière a une histoire ancienne et vénérable.
Pour
comprendre
les
pratiques
minières modernes, il est utile de tracer le l'évolution de la technologie minière, qui (comme l'a
souligné plus tôt dans ce chapitre) a en parallèle l'évolution humaine et le progrès de la civilisation.
L'exploitation minière dans sa forme la plus simple a commencé avec les humains paléolithiques
quelque 450.000 années avant Jésus-Christ, il y a des années, en témoignent les silex qui ont été
trouvés avec les os de premiers humains à partir de l'âge de pierre ancien. Nos ancêtres extrayaient
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des morceaux de masses en vrac de silex ou facilement accessible aux affleurements et, en utilisant
des méthodes brutales de creusement ; le silex, leur forme en outils et des armes.
Par le nouvel âge de pierre, les humains avaient progressé pour l'exploitation minière souterraine
dans les ouvertures systématiques de 2 à 3 pieds (0,6 à 0,9 m) de hauteur et plus de 30 pieds (9 m)
de profondeur. Cependant, la plus ancienne mine connue, une mine d'hématite à Bomvu Ridge, le
Swaziland est de l’Age de la pierre ancienne et présumée être âgée d'environ 40.000 ans. Les
premiers mineurs utilisés des méthodes brutales de contrôle au sol, la ventilation, le transport, le
levage, l'éclairage, et la casse de la roche. Néanmoins, les mines ont atteint des profondeurs de 800
pieds (250 m) par des périodes égyptiennes.
Les Minéraux métalliques ont aussi attiré l'attention de l'homme préhistorique. En Italie,
les métaux ont été utilisés sous leur forme native, probablement obtenus par lavage de
gravier de rivière dans des dépôts de placers.
Avec l'avènement de l'âge de bronze et de fer, cependant, les humains ont découvert la
fusion et ont appris à réduire les minerais en pur métaux ou alliages, ce qui a grandement
amélioré leur capacité à utiliser ces métaux.
Le premier défi pour les premiers mineurs était de briser le minerai et la détacher de la
masse de roche environnante. Souvent, les outils bruts en os, de bois, et pierre ne suffisaient
pour la roche dure, à moins que la roche contienne des crevasses ou des fissures qui
pourraient être ouvertes par coincement ou indiscrets. En conséquence, ils ont vite mis au
point une technique révolutionnaire appelée réglage de feu, par lequel il fallait d'abord
chauffées la roche pour la développer, puis aspergé avec de l'eau froide afin de se
contracter. Ce fut l'un des premiers grands progrès dans la science de la roche et la rupture
eu un impact plus que toute autre découverte jusqu'à la dynamite qui a été inventé par
Alfred Nobel en 1867.
La technologie minière, comme celle de toute l'industrie, languie pendant les âges.
Notamment, un développement politique en 1185 a amélioré la réputation de l'exploitation
minière et le statut des mineurs, quand l'évêque de Trente a accordé une charte aux mineurs
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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dans son domaine. Il a donné aux mineurs des lois juridiques ainsi que les droits sociaux,
y compris le droit à la participation et revendications minérales. Un jalon dans l'histoire de
l'exploitation minière, l'édit a eu des conséquences à long terme qui persistent à ce jour. Le
plus grand impact sur le besoin et l'utilisation de minéraux, cependant, était fournies par la
révolution industrielle à la fin du XVIIIe siècle. Avec l'explosion de la demande pour les
minéraux est venue l’amélioration spectaculaire dans le secteur minier de la technologie,
en particulier dans les concepts scientifiques et la mécanisation, qui ont continué jusqu'à
ce jour.
Au cours des deux derniers siècles, il y a eu de grands progrès dans le secteur minier, la
technologie dans de nombreux domaines différents. Ce progrès est souvent fait dans une
évolution plutôt que d'une manière révolutionnaire. Pourtant, chaque fois dans un certain
temps, une découverte révolutionnaire arrive et change le processus de l'exploitation
minière profondément. Durant le XIXe siècle, l'invention de la dynamite était l'avance plus
importante. Au XXe siècle, l'invention de l'équipement minier continu, qui extrait les
minéraux comme le charbon doux sans l'utilisation d'explosifs, était peut-être le plus
notable de ces accomplissements. Le premier mineur continu a été testé dans environ 1940,
avec son utilité grandement accrue par le développement des inserts de carbure de
tungstène en 1945 par McKenna Metals Company (maintenant Kennametal). En 1950, le
mineur continu avait commencé à remplacer les autres méthodes d'extraction de charbon.
L'ère de l'exploitation mécanisée avait commencé. Il est impossible de donner la chronique
de tous les développements qui ont fait ce qu’est l'exploitation minière est aujourd'hui. Une
chronologie plus complète des événements importants est décrite dans Tableau 2.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
Table 2. Progrès de la technologie minière
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Étapes de la vie d'une mine
La séquence globale des activités dans le secteur minier moderne est souvent comparée à la série
des cinq étapes dans la vie d'une mine :
1. La Prospection,
2. L’Exploration
3. Le Développement,
4. L’exploitation,
5. La remise en état.
Prospection et exploration,
Précurseurs à l’exploitation, sont liées et parfois combinées. Les géologues et ingénieurs miniers
partagent souvent la responsabilité de ces deux étapes- les géologues sont plus impliqués pour les
teneurs, les ingénieurs miniers plus avec le poids. De même,
Le développement et l'exploitation sont des étapes étroitement liées ; ils sont généralement
considérés comme constituant l'exploitation minière proprement et sont propre à l’ingénieur des
mines.
La remise en état a été ajoutée à ces étapes depuis la première édition, afin de refléter les temps de
fermeture et remise en état du site de la mine. Elle est devenue une partie nécessaire du cycle de
vie de la mine en raison des exigences de la société pour un environnement plus propre et des lois
plus strictes régissant la fermeture d'une mine. L'ensemble du processus de développer une
mine avec les futures utilisations de la terre à l'esprit est appelée développement durable. Ce
concept a été défini dans un livre intitulé Notre avenir à tous comme '' développement qui répond
aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à satisfaire leurs
propres besoins. '' Les idées qui y sont présentés ont été largement approuvé comme un moyen
pratique de fournir pour les générations futures.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
Table 3. Etape de la vie d'une mine
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Prospection
Prospection, la première étape dans l'utilisation d'un gisement minéral, est la recherche pour les
minerais ou d'autres minéraux précieux (charbon ou non métallifères). Parce minérale dépôts
peuvent être situés soit égale ou inférieure à la surface de la terre, à la fois directe et des techniques
indirectes de prospection sont utilisées.
La méthode directe de la découverte, limitée normalement à la surface des dépôts, se
compose de l'examen visuel de l'exposition soit (éperon) du dépôt ou de fragments détachés
(float) qui ont résisté loin de l'affleurement. Géologique des études de l'ensemble de la
région augmentent cette technique simple, directe. Au moyen de la photographie aérienne,
cartes géologiques, et l'évaluation structurelle d'une région, le géologue rassemble les
preuves par des méthodes directes pour localiser les gisements minéraux. Précis
cartographie et d'analyse structurelle, plus microscopiques études d'échantillons aussi
activer le géologue pour localiser la cache ainsi que la minéralisation de surface. L'outil
scientifique
le
plus
précieux
employé dans la recherche indirecte caché gisements
minéraux est la géophysique, la science de la détection des anomalies à l'aide mesures
physiques
de
la
pesanteur,
sismiques,
magnétiques,
électriques,
électricité,
electromagnétique, et les variables radiométriques de la terre. Les méthodes sont
appliquées de l'air, en utilisant des avions et des satellites ; sur la surface de la terre; et sous
la terre, en utilisant des méthodes qui sondent en dessous de la topographie. Geochemtère, l'analyse quantitative du sol, des échantillons de roche, et de l'eau, et la géobotanique,
l'analyse des modèles de croissance de la plante, peut également être utilisé comme la
prospection outils.
Exploration
La deuxième étape dans la vie d'une mine, exploration, détermine aussi précisément que
possible de la taille et de la valeur d'un gisement minéral, en utilisant des techniques
similaires mais plus raffiné que ceux utilisés dans la prospection. La ligne de démarcation
entre prospection et d’exploration n’est pas nette; en fait, une distinction peut ne pas être
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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possible dans certains cas. Exploration déplace généralement à la surface et endroits
souterrains, en utilisant une variété de mesures pour obtenir une plus positive Image de
l'ampleur et la teneur du gisement. Des échantillons représentatifs peuvent être soumis à
des produits chimiques, la métallurgie, des rayons X, spectrographique, ou radiométrique
techniques d'évaluation qui sont destinés à améliorer les connaissances de l'enquêteur du
dépôt minéral. Les échantillons sont obtenus par l'écaillage des affleurements, des
tranchées, tunnel, et le forage; en outre, diagraphies peuvent être prévues pour étudier le
maquillage géologique et structural du gisement. Rotary, percussion, ou de diamant forets
peuvent être utilisées à des fins d'exploration. Cependant, foreuses au diamant sont
favorisée parce que les noyaux qu'ils donnent fournissent la connaissance de la géologie la
structure. Le noyau est normalement divisé le long de son axe; une moitié est analysée, et
la autre moitié est conservée intacte pour complément d'étude géologique.
Une évaluation des échantillons permet le géologue ou ingénieur des mines à calculer le
tonnage et la teneur ou la richesse, du dépôt minéral. Il ou elle estime les coûts
d'exploitation minière, évalue la récupération des minéraux précieux, détermine les coûts
environnementaux, et évalue d'autres facteurs prévisibles dans un effort toreacha
conclusion abouttheprofitabilityofthemineraldeposit.Thecrux de l'analyse est la question
de savoir si la propriété est juste un autre minéral dépôt ou un corps minéralisé. Pour un
gisement de minerai, l'ensemble du processus est appelé l’estimation de réserve, thatis, the
examination and valuation oft heorebody .Atthe conclusion , de cette étape, le projet est
développé, échangé à une autre partie, ou abandonné.
Développement
Dans la troisième étape, le développement, le travail de l'ouverture d'un gisement minéral
pour l'exploitation est effectué. Avec elle commence l'exploitation effective du dépôt,
aujourd'hui appelé le minerai. L'accès à la caution doit être acquise soit (1) par le décapage
surcharger, ce qui est le sol et / ou de la roche couvrant le dépôt, pour exposer la minerai
près de la surface pour l'exploitation minière ou (2) par des ouvertures d'excavation à partir
de la surface de un accès plus profondément enterré dépôts pour se préparer à l'exploitation
minière souterraine.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Dans les deux cas, certains travaux préliminaires de développement, tels que l'acquisition de eau
et de droits miniers, l'achat de terres de surface, préparation de financement, et la préparation des
demandes de permis et une déclaration d'impact environnemental (EIE), sera généralement
nécessaire avant tout développement a lieu. Lorsque ceux-ci mesures qui ont été obtenus, la
fourniture d'un certain nombre d'exigences d'accès routes, sources d'énergie, les systèmes de
transport des minéraux, du traitement des minéraux les installations, les zones d'élimination des
déchets, des bureaux et d'autres installations de soutien-must précéder l'exploitation minière réelle
dans la plupart des cas. Décapage des morts-terrains seront ensuite procéder si les minéraux
doivent être extraits à la surface. Les considérations économiques déterminer le coefficient de
recouvrement, le taux de déchets de minerai récupéré supprimé; ce peut varier de jusqu'à 45 km /
tonne (38 m / tonne) pour les mines de charbon au plus bas 1,0 km / tonne (0,8 m / tonne) dans les
mines métalliques. Certaines mines non métalliques ont pas surchargé de supprimer; le minéral est
tout simplement creusé à la surface.
Développement pour l'exploitation minière souterraine est généralement plus complexe et cher. Il
exige de la planification et l'aménagement d'ouvertures d'accès pour l'exploitation minière, de la
sécurité, et la permanence. Les principales ouvertures peuvent être des puits, pentes, ou galeries
d'accès; chacun doit être prévu pour permettre le passage des travailleurs, des machines, minerai,
des déchets, de l'air, l'eau et les services publics. Beaucoup de mines de métaux sont situés le long
raide trempage dépôts et donc sont ouverts à partir des puits, tandis que les dérives, les
descenderies et montages pour desservir les zones de production. Beaucoup de mine de charbon
et des mines non métalliques sont trouvés des dépôts à peu près horizontaux. Leurs ouvertures
primaires peuvent être dérives ou des entrées, qui peut être nettement différents de ceux des mines
métalliques.
Exploitation
L'exploitation, la quatrième étape de l'exploitation minière, est associé à la récupération effective
de minéraux provenant de la terre en quantité. Bien que le développement puisse se poursuivre,
l'accent dans la phase de production est en production. Habituellement, juste assez développement
est effectué avant l'exploitation afin d'assurer que la production, une fois commencé, peuvent
fonctionner sans interruption pendant toute la durée de vie de la mine.
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La méthode d'exploitation choisie pour l'exploitation est principalement déterminée par les
caractéristiques minérales du gisement et les limites imposées par la sécurité, la technologie, les
préoccupations environnementales et l'économie. Conditions géologiques, tels que la pente, la
forme et la puissance du gisement et la roche environnante, joue un rôle dans la sélection de
la méthode. Les méthodes d'exploitation traditionnelles tombent en deux grandes
catégories en fonction du lieu: la mine de surface ou l'exploitation souterraine qui
comprenne les méthodes d'excavation mécaniques tels que ciel ouvert et méthodes
aqueuses telles que l'or et à l'exploitation minière de la solution. Underwriters l'exploitation
minière du sol est généralement classé en trois catégories de méthodes: non pris en charge,
pris en charge, et la spéléologie.
Réclamation
La dernière étape dans le fonctionnement de la plupart des mines est la remise en état, le
processus de la fermeture d'une mine et reprofiler, revégétalisation, et la restauration de
l'eau et la valeur des terres. Le meilleur moment pour commencer le processus de remise
en état d'une mine est avant les premières fouilles sont initiées. En d'autres termes, les
ingénieurs de la planification minière devraient planifier la mine afin que le processus de
remise en état est considéré et la coût global de l'exploitation minière ainsi que la remise
en état est minimisé, et pas seulement le coût de mine elle-même. La nouvelle philosophie
dans l'industrie minière est la durabilité, que est, la satisfaction des besoins économiques
et environnementaux du présent tout renforcer la capacité des générations futures à
satisfaire leurs propres besoins (National Association minière, 1998).
Lors de la planification pour la valorisation des mines tout donné, il ya beaucoup de
préoccupations qui doivent être abordées. Le premier d'entre eux est la sécurité du site de
la mine, en particulier si la zone est ouverte au grand public. La suppression de bureau les
bâtiments, les installations de transformation, le matériel de transport, les services publics,
et d'autres des structures de surface doivent généralement être réalisées. La compagnie
minière est ensuite nécessaire pour sceller tous les puits de mine, galeries d'accès, et autres
ouvertures qui peuvent présenter les dangers physiques. Toutes les hautes structures
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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existantes ou d'autres structures géologiques peut exiger atténuation pour prévenir les
blessures ou la mort en raison de défaillances géologiques. La deuxième grande question
sera traitée au moment de la remise en état d'un site minier est la restauration de la surface
de la terre, de la qualité de l'eau, et l'élimination des déchets domaines afin que la pollution
à long terme de l'eau, érosion des sols, production de poussière, ou problèmes de végétation
ne se produisent pas. La restauration de plantes indigènes est souvent un partie très
importante de ce processus, comme les plantes aident à construire un sol stable structurer
et naturaliser la région. Il peut être nécessaire de placer soigneusement toute ROCK ou
résidus avec des propriétés productrices d'acide dans des endroits où les précipitations peu
d'effet sur la production d'acide et la matière est minimisée. La
même chose peut être vraie de certains des métaux lourds qui polluent les cours d'eau.
Planification des terrils, bassins de résidus, et d'autres zones perturbées aidera à prévenir les
problèmes de pollution, mais les travaux d'assainissement peuvent également être nécessaires pour
compléter la phase de remise en état de l'exploitation minière et de satisfaire les organismes de
réglementation.
La dernière préoccupation de l'ingénieur de la planification de la mine peut être l'utilisation
ultérieure de la terre après l'extraction est terminée. Anciens sites miniers ont été convertis en les
refuges fauniques, des centres commerciaux, terrains de golf, des aéroports, des lacs souterrains,
des installations de stockage, les développements immobiliers, les zones d'élimination des déchets
solides, et d'autres usages qui peuvent profiter à la société. En planifiant la mine pour un
développement ultérieurement, les planificateurs mines peuvent améliorer la valeur de la terre et
de l'aide converti extrait à un usage que le public prendra en considération favorable. La réussite
de la récupération d'une mine permettra d'améliorer l'opinion publique de l'industrie minière et de
garder la compagnie minière dans les bonnes grâces des organismes de réglementation. La
cinquième étape de la mine est donc d'une importance primordiale et devrait être prévu le plus tôt
possible dans la vie de la mine.
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Opérations unitaires de l'industrie minière
Pendant les étapes de développement et d'exploitation de l'exploitation minière lorsque naturelle
les matériaux sont extraits de la terre, des opérations unitaires sont remarquablement similaires
normalement employé. Les opérations de l'unité de l'exploitation minière sont les étapes de base
utilisée pour produire des minéraux de la caution, et les opérations auxiliaires qui sont utilisés pour
les soutenir. Les étapes qui contribuent directement à l'extraction minière sont les opérations de
production, qui constituent le cycle des opérations de production. Les étapes auxiliaires qui
soutiennent le cycle de production sont appelés opération auxiliaire ations.
Le cycle de production emploie des opérations unitaires qui sont normalement regroupés en
rupture de rocs et de manutention des matériaux brisés composés généralement de la manipulation
de forage et le dynamitage, et des matériaux englobe chargement ou excavation et le transport
(transport horizontal) et parfois de levage (vertical ou le transport incliné). Ainsi, le cycle de
production de base est constitué de celles-ci unité opérations :
Le cycle de production : forage ; explosion ; chargement ; transport
Bien que les opérations de production aient tendance à être séparé et cyclique dans la nature, la
tendance dans le secteur minier moderne et tunnel est d'éliminer ou de combiner des fonctions et
d'augmenter la continuité de l'extraction. Par exemple, dans le charbon et d'autres roches tendres ,
les mineurs continus cassent et chargent le minéral pour éliminer forage et de dynamitage ;
aléseuses effectuent les mêmes tâches dans la roche de mi-dure.
Le cycle des opérations en surface et souterraine diffère principalement par l'échelle de
l'équipement. Machines spécialisées ont évolué pour répondre aux besoins uniques des
deux régimes.
Dans les mines de surface moderne, les trous de mine de 3 à 15 pouces (75 à 380 mm) de
diamètre sont exécutés par forage rotative à percussion ou de placement d’explosifs lorsque
la roche consolidée doit être retiré. La charge explosive est ensuite insérée et explosé pour
réduire la masse de minerai à une gamme de taille adapté pour excavation. Le matériau
arraché est chargé à la pelle, dragline ou chargeuse sur pneus en unités-général de transport
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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par camions pour le transport, pour le Chemin de fer les wagons sont également utilisés
pour le transport, et des convoyeurs à bande sont souvent utilisés après que le matériau soit
broyé. Le sol et le charbon sont souvent déplacés de la même manière, le dynamitage est
parfois inutile. Dans l'extraction de la pierre de taille, les blocs sont souvent libérés sans
dynamitage, en utilisant des scies à fil ou autres appareils mécaniques.
Dans l'exploitation minière souterraine, le cycle de production est similaire, bien que
l’équipement utilisé puisse être réduit en taille. Les petits trous de forage sont utilisés,
camions sont parfois remplacés par des voitures de navette, et de convoyeurs à courroie
sont plus fréquents.
Le Charbon, le sel, la potasse et le trona sont souvent exploités sans l'utilisation d'explosifs ou afin
de réduire la consommation d'explosifs.
En plus des opérations du cycle de production, certaines opérations auxiliaires doivent être
effectuées dans de nombreux cas. En mines souterraines, ceux-ci généralement incluent un
soutien toit, une ventilation et une climatisation, une alimentation, un pompage, l'entretien,
l'éclairage, les communications, et la livraison de l'air comprimé, de l'eau, et des produits
vers les sections de travail. Dans les mines de surface, les opérations auxiliaires primaires
comprennent ceux assurant la stabilité des talus, le pompage, l’alimentation, l’entretien des
pistes, l’élimination des déchets, et la fourniture de matériel pour les centres de production.
Économie des industries des minéraux
Production minérale
Il a été estimé que seulement une fraction de 1% de la surface de la terre est reposante sur
des dépôts de minéraux ayant une valeur commerciale. De cette ressource, les États-Unis
extraient près de 60 milliards de dollars en valeurs minières en 1997 : 27 milliards $
La consommation mondiale de minéraux a augmenté à un point que plus de minéraux ont été
utilisés dans le XXe siècle ont été utilisées.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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FIGURE 1.2. US dépendance nette d'importation pour les matériaux de base non
combustibles minéraux sélectionnés en 1998. Source: US Geological Survey
(1999). Depuis le début de l'histoire. Cela a eu lieu parce que nous sommes
maintenant une société cela dépend de voitures, les trains et les avions de transport;
télé- téléphones, la télévision et les ordinateurs pour les communications; engrais
et lourde machines pour notre production agricole; minéraux industriels pour la
construction de la maison des produits; et au charbon et les centrales nucléaires de
notre énergie électrique. Ces des services humains et industriels, à leur tour
dépendent de la production de minéraux et les produits minéraux en grandes
quantités.
Les États-Unis produit un très grand tonnage de produits minéraux, mais elle a
néanmoins devenir un importateur majeur et croissant des minéraux. Ce pays
importe actuellement plus de 70% de sa potasse, le chrome, le tungstène, l'étain et
le cobalt, ainsi que la quasi-totalité (plus de 90%) de sa spath fluor, le manganèse
et le minerai d'aluminium. Bien qu'il ait augmenté les importations de de nombreux
minéraux, les Etats-Unis se produisent également plus des métaux du groupe du
platine, l'or et les diamants. Conservation des ressources minérales est actuellement
un problème important pour le grand public. La société devient beaucoup plus
consciente de la nécessité d’économiser l'énergie, les minéraux et l'environnement.
En conséquence, l'industrie minière l'industrie a approuvé une politique qui favorise
l'extraction de minéraux dans une plus de manière durable (National Mining
Association, 1998). Cette politique favorise l'exploitation minière tant que les effets
sur l'environnement ou le bien-être économique ne sont pas un fardeau pour les
générations futures. Les groupes écologistes extrémistes souvent tenté de faire
pression pour des contrôles réglementaires punitives des activités minières et même
l'interdiction de l'exploitation minière. Cependant, les besoins sociétaux dictent
qu’un compromis entre point de vue écologiste le plus strident et le minéral le plus
ouvert concept de développement sera adopté pour le présent et l'avenir. Ce texte
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tente de présenter une approche équilibrée à l'exploitation minière dans le monde
de l'environnement dans lequel nous vivons.
Economie minière
Le caractère unique de minéraux que les produits économiques représente la
complexité de l'économie de minéraux et l'activité de l'exploitation minière. Les
minéraux sont inégalement répartis et, contrairement aux produits agricoles ou
forestiers, ne peut pas se reproduire ou être remplacé. Un gisement minéral peut
donc être considérable comme un atout s’appauvrissant dont la production est
limitée à la zone dans laquelle il se produit. Ces facteurs imposent des limites à une
société minière dans les domaines des pratiques commerciales, le financement, et
les pratiques de production. Parce que ses minéraux actifs sont constamment
épuisés, une société minière doit découvrir outre réserve ou les acquérir par achat
de rester dans l'entreprise minière.
D'autres caractéristiques particulières des industries minérales sont associées à d’
opérations. Les coûts de production ont tendance à augmenter avec la profondeur
et la baisse de qualité. Ainsi, faibles coûts d'exploitation sont extraits en premier,
suivi par les dépôts plus difficiles à la mine.
En outre, les prix des produits de base sont soumis aux fluctuations des prix du
marché en réponse offre et la demande, ce qui peut rendre le risque financier de
long terme minéraux projettent très risqué. Un changement dans la technologie
minière ou de traitement peut modifierait radicalement le paysage économique. Le
modèle d’utilisation, en termes de l'intensité d'utilisation (lb / habitant ou kg /
habitant) et de la consommation totale de métaux sur le marché mondial pour les
métaux non ferreux, montre que l'intensité de l'utilisation de beaucoup de ces
métaux continue à descendre alors que la consommation globale monte). Toute
balançoire dans l'intensité d'utilisation en raison de la substitution ou de recyclage
peut grandement influer sur le prix d'un métal de marché. Les sociétés minières
doivent donc maintenir leurs prix bas par d'autres améliorations de la productivité,
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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ou le prix du marché gouttes peuvent facilement créer de grandes difficultés
économiques. Certains minéraux, tels que les métaux précieux, le fer, et la plupart
des métaux de base, peut être recyclé économiquement, ce qui affecte les marchés
pour fraîchement extrait métal. Cette pratique est bonne et favorable pour l'avenir
de l'humanité, mais il peut créer des problèmes économiques si le prix de marché
est affecté.
Les substituts pour un minéral particulier peuvent être développés, en particulier si
le prix du minéral reste élevé. Par exemple, les matières plastiques et l'aluminium
ont souvent été substitué pour le cuivre, et le plastique ont été substitués par une
variété de d'autres métaux ainsi que pour le verre.
À certains moments de l'histoire récente de certains minéraux ont eu des exceptions
à l'économie lois parce que leurs prix ont été fixés par décret ou cartels
gouvernement. Prix officiel de l'or, de l'argent, et l'uranium ont été réglementés par
le gouvernement action, même si maintenant ils fluctuent dans les marchés du
monde libre. Cartels de contrôle diamants industriels, l'huile, le mercure et l'étain
ont fortement influencé leur les prix du marché au cours de certaines périodes de
temps. Cependant, beaucoup de ces cartels ont affaiblis ou effondrés en raison de
la concurrence de nouveaux fournisseurs.
Il est reconnu depuis longtemps qu'un pays riche en minéraux donné peut suivre un
modèle assez prévisible dans son développement économique, sur la base de l'état
de son industrie des minéraux. Cinq périodes ont été identifiées qui reflètent les
périodes de découverte, l'exploitation et l'épuisement dès son industrie minérale.
Les périodes caractéristiques de l'industrie minérale développement ment sont
présentés dans la figure 1.3; Chacun est décrit dans la liste suivante.

Période de développement de la mine : exploration, la découverte de
nouveaux quartiers, de nombreuses petites mines de travail ; première
reconnaissance d'importants gisements et le développement des plus
grandes mines ; l'augmentation rapide de la production de métaux.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine

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Période de développement de la fonderie : Moins de nouvelles découvertes
; petites mines extrêmement fatiguées, mais en augmentant la production de
grandes mines ; de nombreuses fonderies en compétition pour le minerai.

Période du développement industriel : la baisse des coûts, le niveau de
l'augmentation vivant ; l'accumulation rapide de la richesse ; expansion
interne et externe marchés ; l'approche du zénith de la puissance
commerciale.

Période d'épuisement rapide des matières premières peu coûteuses à la
maison : l'augmentation des coûts de l'exploitation minière et des matériaux
produits ; de plus en plus d'énergie est nécessaire pour obtenir la même
quantité de matière première. Mines et fonderies continué à diminuer.
Certains marchés étrangers sont perdus ; les importations étrangères, à la
fois des matières premières et des produits manufacturés, envahissent le
marché de la maison.

Période de diminuer les marchés internes et externes : Augmentation de la
dépendance sur les sources étrangères de matières premières apporte
l’augmentation des coûts de fabricants. Cette période peut être caractérisée
par une diminution de norme vivre avec ses problèmes sociaux et politiques
d'accompagnement; les quotas, les tarifs, les subventions, les cartels et
autres expédients artificiels sont utilisés dans l'effort de maintenir un prix
compétitif dans les marchés intérieurs et mondiaux. C'est une période de
baisse du pouvoir commercial. Comme exemples de courant-jour du cycle
à la figure 1.3, beaucoup moins développées pays entrent dans la période 1,
l'Australie dans la période 2, la Russie durant la période 3, les États-Unis en
période de 4, et le Royaume-Uni et le Japon dans la période 5.
Certains économistes soutiennent que ce cycle est simpliste et qu'elle peut être
modifiée par la technologie ou de dévouement à la production efficace. Par
exemple,
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Japon après la Seconde Guerre mondiale née des cendres pour devenir une
puissance mondiale sans le bénéfice de vastes ressources minérales. Les Japonais
avaient précédemment extrait presque tous leurs minéraux peu coûteux. Cependant,
ils ont acheté brut matériaux sur le marché libre, créé automobile et de
l'électronique efficace industrie, et ont prospéré au moyen de la '' valeur ajoutée ''
au minéral des produits.
À certains moments au cours de son histoire, le gouvernement américain a maintenu
une réserve de minéraux stratégiques pour se prémunir contre les pénuries en cas
de guerre ou économique chantage. La pratique est devenue courante après 1939 et
a fortement augmenté après 1946 en raison des tensions de la guerre froide. Plus
récemment, le gouvernement a été réduire ses stocks. Ce changement est le résultat
d'un meilleur accès aux minéraux partout dans le monde et une scène politique
mondiale moins menaçant depuis l'éclatement de l'Union soviétique. Sociétés
minières ont souvent été critique du stockage politique, dans la mesure où les gros
achats comme soudaines de la réserve peut avoir des effets drastiques sur le prix
d'un produit donné. Une histoire instructive des Etats-Unis des minéraux
stratégiques stocks est donnée par Perkins (1997).
Un autre aspect de l'économie minérale concerne le financement et la
commercialisation des mines et de propriétés minières. Les entreprises minières
sont financées en grande partie de la même manière que d'autres entreprises En
raison des risques financiers plus élevés, cependant, le retour sur investissement
attendu est supérieur et la période de récupération raccourcie dans une entreprise
minière. Propriétés minières ainsi que les mines sont commercialisables. Le prix de
vente est déterminé généralement par une évaluation fondée sur le rapport d'un
ingénieur ou un géologue; la valeur de l'avenir bénéfice est généralement actualisée
à la date d'achat dans le calcul de la présente valeur de la propriété. Propriétés
minérales peuvent être déterminées à avoir une valeur parce qu'ils sont très riches,
très grand, facilement accessible, en grande demande, avantageusement situé, bon
marché exploitable, ou militairement stratégique.
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APPLICATIONS INFORMATIQUES ET USAGE
Dans le monde d'aujourd'hui, les ordinateurs sont de plus en plus utile pour trouver
plus d'application de la composition, de calculs d'ingénierie, la recherche
bibliographique, et communications générales maintenant plus que jamais. Il est
peut-être intéressant de comparer les progrès dans le domaine des calculs au cours
des dernières décennies. Les deux auteurs de ce texte ont été formés comme
ingénieurs pour effectuer leurs calculs sur une règle à calcul dans leurs études
universitaires respectifs. Vous, l'étudiant, avez été probablement introduit à des
ordinateurs à l'école élémentaire et le plus probable êtes devenu tout à fait
compétents dans leur utilisation avant d'entrer dans votre premier cours du niveau
collégial. C’est donc important que vous continuiez à développer vos compétences
sur les ordinateurs pour chaque aspect de votre avenir en tant que professionnels.
Le premier aspect d'ordinateurs considérés ici est leur utilisation dans la
récupération d’informations de valeur dans vos études. Pour fournir des
informations utiles, le World Wide Web (WWW) fournis des sites pour
introduction à des sources de données utiles de minéraux et d'autres renseignements
d'intérêt aux minéraux d’ingénieurs. Les adresses Web sont à jour au moment de la
publication ; cependant, sites Web sont en constante évolution. Votre navigateur
Web peut être nécessaire de fournir l'accès à des sites énumérés ici à une date
ultérieure. Ça devrait être noté avec le préfixe '' http: // '' qui est omis dans tous les
sites WWW énumérés dans ce livre.
Vous devez ajouter le préfixe à chaque adresse.

US Geological Survey
o www.usgs.gov

Energy Information Administration, US Department of Energy
o www.eia.doe.gov

Institut national de la sécurité et santé au travail
o www.cdc.gov/niosh/homepage.html
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine

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Mine Safety and Health Administration
o www.msha.gov
o Society for Mining, de la métallurgie, et de l'exploration, Inc.
www.smenet.org

Bureau des mines de surface, ministère de l'Intérieur
o www.osmre.gov
Ces sites seront utiles pour vous dans vos missions à venir et dans votre ainsi que
dans votre vie professionnelle.
THÈME SPÉCIAL : ANALYSE ÉCONOMIQUE d'un minéral
Préparer une analyse sommaire de la production et des données économiques
pertinentes pour plusieurs produits minéraux importants, en utilisant le tableau 1.4
en tant que format. Obtenir statistiques pour la production minière (monde et
nationale) et les importations nationales, les exportations, de la ferraille, des
changements des stocks (gouvernementaux et privés), et la consommation nette
(total et par utilisation). Déterminer les données pour l'année la plus récente
disponible. Etat de prix des produits de base, de préférence sur une base commeexploité ($ / tonne du minérale, FOB de la mine).
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Tableau 3.. Analyse économique des produits minéraux
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Sélectionnez les produits métalliques et les produits non métalliques vous souhaitez étudier en se
référant à et en utilisant les références suivantes:
1. Page web US Geological Survey (www.usgs.gov). Ce site de référence
donne un résumé de deux pages de plus de 30 produits métalliques primaires
et
minéraux non métalliques produites aux Etats-Unis. Il ne peut pas tous
fournir, cependant, avec toutes les informations dont vous avez besoin pour
compléter le
résumé dans le tableau 3.
2. US Geological Survey, Enquête produits minéraux (1999 ou plus). Ce
volume est produit annuellement. Il couvre plus de 80 produits métalliques
et produits minéraux non métalliques. Chaque produit est résumée dans
environ de deux pages à l’aide des statistiques.
3. US Geological Survey, Annuaire des minéraux (1995 ou dernière édition).
La plus complète des analyses de la production minérale est fournie dans
cet annuaire, qui est imprimé pour plusieurs années. Il est produit en trois
volumes, avec le plus grand (Vol. 3) couvrant les statistiques de la
production des États-Unis pour tous les minéraux non combustibles. Plus
d'informations sont disponibles ici que dans toute autre référence, bien que
les données puissent être âgées de deux à cinq ans.
4. Ingénierie et Mining Journal (mensuel), '' les prix, American Metal Marché.
'' Cette revue mensuelle fournit les prix payés pour les métaux à une date
précise chaque mois ; il est utile pour le prix actuel.
5. Des informations similaires sur la production de charbon peuvent être
trouvées dans les références statistiques contenues dans celui-ci sont
généralement pour un ou deux ans.
6. Energy Information Administration, Industrie du charbon annuel (2000 ou
plus dernière édition). Cette ressource offre plusieurs centaines de pages
chaque année sur les statistiques primaires de la production de charbon aux
États-Unis, y compris l'information d’état-par-état, production, l'emploi, les
prix, distribution, les exportations et les importations.
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7. page Web Energy Information Administration (www.eia.doe.gov). Cette
ressource offre exactement les mêmes informations que précédemment cité
publication, ainsi que de nombreuses autres sources d'information
disponibles pour téléchargement.
PROBLÈMES
o Sélectionnez l'un des sites Web indiqués à la section et écrire un résumé d'une ou
deux pages des éléments importants du site Web. Évaluer l'utilité des informations
trouvées ici. Nous pouvons vous demander de les partager avec vos camarades de
classe pour une utilisation future.
o Allez sur le site web de la Commission géologique américain (www.usgs.gov) et
de trouver la liste des minéraux métalliques et non métalliques produit aux EtatsUnis. Choisissez celui que vous connaissez le moins et écrire une page le résumé
de la matière minérale et son image de production aux États-Unis.
o Faites de même pour la République Démocratique du Congo.
EXPLOITATION A CIEL OUVERT
Principale Procédure dans le monde entier, la production aux États-Unis environ 85% de tous
Minéraux, excluant le pétrole et le gaz naturel. Presque tous les minerais métalliques (98%),
environ 97% des minerais non métalliques, et 61% du charbon aux Etats-Unis sont extraits en
utilisant des méthodes de surface (US Geological Survey, 1995; énergie Information
Administration, 2000), et la plupart de ceux-ci sont extraits à ciel ouvert ou par des méthodes à
ciel ouvert. Dans les mines à ciel ouvert, une méthode d'extraction mécanique, d'un dépôt épais
est généralement extrait dans des bancs ou des étapes, bien que les dépôts minces puissent exiger
qu'un seul banc ou une face. La mine à ciel ouvert est généralement utilisée pour exploiter un
gisement près de la surface ou de celui qui a un faible rapport de découverture. Il nécessite souvent
un investissement important en capital, mais se traduit généralement par une productivité élevée,
faible coût d'exploitation, et de bonnes conditions de sécurité.Les méthodes d'extraction aqueuses
dépendent de l'eau ou un autre liquide (par exemple, l'acide sulfurique dilué, une solution de
cyanure faible, ou le carbonate d'ammonium) l'extrait le minéral. L'exploitation des placers
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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est utilisée pour exploiter les gisements peu consolidée comme le sable et le gravier ou commune
graviers contenant de l'or, de l'étain, diamants, platine, titane, ou du charbon. La méthode
hydraulique utilise un flux à haute pression de l'eau qui est dirigée contre le gisement minéral
(normalement, mais pas toujours un placer), la sous-cotation, et entraînant son élimination par
l'action érosive de l'eau. Le dragage effectué à partir d'un vaisseau flottant, accomplit l'extraction
des minéraux mécaniques ou hydrauliques. La Solution comprend à la fois l’extraction par forage,
telles que les méthodes utilisées pour extraire le chlorure de sodium ou le soufre, et lessivage, soit
par sondages ou dans des décharges ou des tas sur la surface. Placer et l'exploitation minière de la
solution sont parmi les plus économiques de toutes les méthodes d'exploitation minière, mais ne
peut être appliqué à des catégories limitées de gisements minéraux.
Figure 3. Design d'une mine à ciel ouvert
O
Figure 4. Mine de cuivre à ciel ouvert-Utah (États-Unis)
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Voici une représentation d’un gisement et de sa topographie :
Figure 5. Gisement et topographie
Topog
LES TRAVAUX PREPARATOIRES
Le plan de la fosse finale
Dans une exploitation à ciel ouvert, on vise à enlever un minimum de stériles de recouvrement
pour atteindre les volumes minéralisés ayant la plus grande valeur marchande, afin d’obtenir le
meilleur rendement possible pour les investissements consentis.
Plus la teneur d’un gisement est élevée, plus celui-ci a de valeur. Pour limiter les investissements
au minimum et extraire les minéralisations les plus intéressantes, on trace un plan détaillé
d’exploitation, prévoyant de façon précise le découpage et l’extraction du minerai. Les gisements
étant souvent de forme irrégulière, on procède d’abord à une vaste campagne de sondages pour
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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établir le profil géologique du terrain et déterminer la position et les limites du gisement.
L’extension du gisement détermine le périmètre de la mine. Le plan d’une mine à ciel ouvert
dépend des caractéristiques géologiques et minéralogiques du terrain. La plupart des mines à ciel
ouvert exploitées par fosse ont la forme générale d’un cône, leur forme précise étant toujours dictée
par celle du gisement à exploiter. Les fosses sont creusées en gradins concentriques reliés par des
pistes aménagées en spirale ou en lacets du bord de la fosse jusqu’au fond.
Quelle que soit l’étendue de la mine, le plan prévoit le profil de la fosse, les
infrastructures de gestion (par exemple, entrepôts, bureaux, maintenance) et de transport,
le matériel d’exploitation, le taux de découverte admissible et le rythme de production visé.
Ces deux derniers facteurs déterminent la durée de vie de la mine, qui correspond soit à
l’épuisement du gisement, soit à l’atteinte du seuil de rentabilité.
L’échelle des exploitations à ciel ouvert modernes varie des petites exploitations privées,
produisant quelques centaines de tonnes de minerai par jour, aux gros complexes industriels
exploités par des sociétés d’Etat ou par des multinationales et produisant plus de 1 million de
tonnes de minerai par jour. Les exploitations les plus importantes peuvent couvrir une superficie
de plusieurs kilomètres carrés.
L’enlèvement des morts‐terrains
Les terrains stériles consolidés ou non consolidés qui doivent être enlevés pour mettre à nu le
gisement minéralisé constituent la découverte. Il y a avantage à enlever le moins de stériles de
recouvrement possible pour atteindre les minéralisations intéressantes, mais lorsque celles-ci
gisent à une grande profondeur, il faut se résoudre à enlever un volume de stériles plus important.
La plupart des procédés d’enlèvement de morts-terrains sont cycliques et exigent l’interruption des
opérations d’extraction (foration, tir et chargement) et d’évacuation (transport), en particulier
lorsque le recouvrement est dur et doit être fragmenté aux explosifs. Font exception à cette règle
l’exploitation hydraulique par dragage et l’extraction de certains types de matériaux meubles par
des pelles mécaniques sur roues. On appelle coefficient de recouvrement le rapport de la quantité
de stériles enlevés à la quantité de minerai extrait. Des coefficients de 2:1 à 4:1 ne sont pas rares
dans les grandes exploitations. A partir de 6:1, l’exploitation tend à être moins rentable, selon la
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nature du produit extrait. Les stériles peuvent être utilisés en remblayage, pour la construction des
pistes de circulation de la mine, ou être vendus comme remblais.
Le choix des matériels d’exploitation
Ces matériels sont choisis en fonction du plan d’exploitation du gisement. Les facteurs à prendre
en compte comprennent : le profil de la fosse et la topographie des terrains environnants, le volume
de minerai à extraire, la distance et la vitesse de transport des matériaux depuis les chantiers
d’abattage jusqu’aux installations de traitement, et la durée de vie de la mine. La plupart des mines
à ciel ouvert modernes sont exploitées au moyen d’installations de foration mobiles, de pelles
hydrauliques, de chargeuses, de pelles à benne traînante (draglines) et de camions. L’étendue de
la mine dicte la quantité et la capacité du matériel requis pour réaliser le plan d’exploitation. En
règle générale, on choisit les plus grandes capacités disponibles afin de réaliser des économies
d’échelle, en veillant toutefois à faire correspondre la capacité des engins qui travaillent ensemble.
S’il est possible de remplir un gros camion avec une chargeuse de faible capacité, cette association
n’est pas efficace. De même, on peut utiliser une pelle de capacité supérieure à celle des camions,
mais il faudrait alors accélérer la rotation de ces derniers ; cette option ne constitue d’ailleurs pas
une utilisation efficace de la pelle, puisque le contenu d’un godet plein doit être déversé dans plus
d’un camion. En tentant de surcharger les camions, on risque de compromettre la sécurité sur le
chantier. Le matériel doit être choisi en fonction également de la capacité des services de
maintenance. La réparation des gros engins se fait souvent à l’endroit même où la défaillance est
survenue, en raison de la difficulté d’amener les engins à l’atelier. Dans la mesure du possible, les
services de maintenance de la mine seront conçus en fonction du nombre et de la taille des
matériels utilisés. Lorsqu’on fait usage de nouveaux engins de plus grande capacité, les
infrastructures doivent être modifiées en conséquence. Cela peut vouloir dire élargir et renforcer
les pistes de circulation, agrandir et rééquiper les ateliers de maintenance, etc.
Les méthodes classiques d’exploitation à ciel ouvert
L’exploitation par fosse et par découverte sont les deux principales méthodes d’exploitation à ciel
ouvert; elles comptent pour plus de 90% dans la production mondiale de surface. Ces deux
méthodes se distinguent essentiellement par la disposition dans l’espace des volumes minéralisés
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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et par les moyens mécaniques mis en œuvre pour l’extraction du minerai. En terrain meuble, le
procédé est pratiquement continu, l’extraction et l’évacuation s’enchaînant. En roche dure, il est
discontinu : la foration des trous de mine et l’abattage aux explosifs se font dans un premier temps,
suivis du chargement et de l’évacuation des matériaux abattus. La méthode par découverte
s’applique aux gisements stratiformes et peu profonds. Divers matériels peuvent être utilisés :
pelles, camions, draglines, pelles mécaniques, racleurs, etc. La méthode est utilisée surtout pour
l’exploitation de gisements en roches tendres et elle est particulièrement développée dans les mines
de charbon. A l’inverse, l’exploitation par fosse est réservée à l’extraction de minerai encaissé
dans des roches dures, disséminé ou en veines profondes. Le minerai est extrait d’ordinaire par
pelles et transporté par camions. Plusieurs minerais métallifères sont extraits par cette méthode,
notamment les minerais aurifères, argentifères et cuprifères.
Les carrières constituent un type particulier d’exploitation par fosse, intéressant les
gisements de roches très denses et bien consolidées. Les matériaux extraits sont fragmentés
ou concassés pour produire de la pierre à bâtir ou du granulat, comme dans le cas de la
dolomie et de la roche calcaire, ou broyés et combinés avec d’autres substances chimiques
pour produire du ciment et de la chaux. Par souci d’économie, les matériaux destinés à la
construction sont extraits de carrières situées à proximité de l’ouvrage, de manière à
faciliter les transports. La pierre de taille — par exemple la pierre à dalles, le granit, le
calcaire, le marbre, le grès et l’ardoise — forme une deuxième catégorie de matériaux
destinés à la construction. Les blocs destinés à la taille sont extraits dans les régions
possédant les formations minérales recherchées.
Les minéralisations sont souvent trop diffuses ou irrégulières, pas suffisamment étendues
ou trop profondes pour être extraites à ciel ouvert ; elles doivent alors être exploitées par
des méthodes souterraines. Les possibilités des méthodes à ciel ouvert sont limitées par
plusieurs facteurs, dont la topographie, l’altitude, la situation géographique,
l’éloignement, le climat, la présence ou non d’infrastructures telles que routes et
sources d’alimentation en électricité et en eau, la réglementation relative à
l’exploitation minière et à la protection de l’environnement, la stabilité des talus, la
gestion des stériles de recouvrement, le transport des produits, etc.
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La topographie et l’altitude : la topographie et l’altitude sont deux facteurs déterminants
dans l’étude de faisabilité et le plan de développement d’un projet minier. En règle
générale, un gisement est plus difficile à exploiter à haute altitude et en terrain accidenté.
L’exploitation d’un gisement à teneur élevée situé en région montagneuse et difficile
d’accès peut être moins rentable que celle d’un minerai à teneur plus faible mais situé en
terrain plat. A une altitude plus basse, les conditions climatiques sont généralement moins
susceptibles de compliquer l’exploration, la mise en exploitation et la production. La
topographie et la situation géographique déterminent le choix de la méthode d’exploitation
de même que la rentabilité de la mine.
La décision de mise en exploitation d’une mine est fondée sur les résultats de la reconnaissance du
gisement et des études de faisabilité, celles-ci définissant les méthodes applicables à l’extraction
et au traitement du minerai à extraire.
Les données à connaître pour établir le plan d’exploitation comprennent la configuration et
l’étendue du gisement, la teneur en minerai, le volume ou le tonnage total de matériaux à déplacer,
y compris les stériles de recouvrement, et d’autres facteurs tels que les caractéristiques
hydrologiques de la région, l’accès à une source d’alimentation en eau pour les opérations
minières, les sources d’énergie disponibles, l’espace nécessaire au stockage des stériles, les
infrastructures de transport, les possibilités de logement (par exemple la proximité
d’agglomérations pouvant répondre aux besoins de la main-d’œuvre). Le transport peut exiger des
infrastructures diverses : routes, canalisations, aéroports, voies ferrées, voies d’eau et ports, selon
les cas.
Les mines à ciel ouvert s’étendent généralement sur une grande surface, et les infrastructures
requises n’existent pas toujours. Il faut alors commencer par construire les routes et installer les
services et les logements nécessaires. L’ouverture de la fosse se fait en même temps que
l’aménagement des installations de traitement : terrils, concasseurs, concentrateurs, fonderies et
raffineries, selon le degré d’intégration de la mine. Comme ces opérations nécessitent de lourds
investissements, elles peuvent être menées par phases, de manière que les ventes des premiers
produits extraits puissent servir à financer les travaux ultérieurs de développement.
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La production et le matériel
La foration et le tir de mines
La foration mécanique de trous de mine et l’abattage aux explosifs sont les premières étapes de
l’extraction dans la plupart des exploitations par fosse et constituent les méthodes les plus
courantes pour l’enlèvement des morts-terrains durs. Il existe différents moyens mécaniques
permettant de fragmenter la roche, mais le tir de mines demeure la méthode la plus largement
pratiquée ; en effet, aucun des moyens mécaniques existants ne permet de mettre en œuvre une
énergie de fragmentation comparable à celle des explosifs. L’emploi de nitrate d’ammonium est
très répandu pour l’abattage de roches dures. Le matériel de foration est choisi en fonction de la
nature du minerai à extraire, ainsi que de la vitesse et de la profondeur de foration nécessaires pour
atteindre la production quotidienne visée. A titre d’exemple, pour abattre une tranche de minerai
de 15 m, on fore à une distance de 15 m de la face de la taille 60 trous ou plus, selon la longueur
du front. Cette opération doit se faire suffisamment à l’avance pour permettre la préparation du
chantier en vue de l’évacuation des produits abattus.
Le chargement
Dans les mines à ciel ouvert modernes, le chargement s’effectue le plus souvent au moyen
de pelles à câbles, de pelles hydrauliques ou de pelles en butte. En fosse, les engins de
chargement sont utilisés ensemble avec des camions qu’ils peuvent remplir du contenu de
trois à cinq godets. Divers autres facteurs entrent cependant en ligne de compte dans le
choix de ces engins. Pour le chargement de blocs anguleux ou en terrain humide, les pelles
sur chenilles sont préférables. Par contre, les chargeuses sur pneus, d’un coût bien moindre,
conviennent pour le chargement de matériaux de plus faible calibre et faciles à extraire.
Ces chargeuses sont très maniables et particulièrement bien adaptées aux opérations
exigeant des déplacements rapides et aux opérations de mélange de matériaux. Elles sont
souvent utilisées pour reprendre les produits apportés par camions à proximité des
concasseurs, les transporter et les déverser dans ces derniers.
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Les pelles hydrauliques et les pelles à câbles présentent des avantages et des limites
d’utilisation similaires. Les pelles hydrauliques ne sont pas adaptées à l’excavation en
roche dure. Les capacités des pelles à câbles sont supérieures à celles des pelles
hydrauliques. Les pelles à câbles de grande capacité, pouvant contenir une charge utile de
l’ordre de 50 m3 ou davantage, sont donc plus avantageuses dans les mines où la production
dépasse 200 000 tonnes par jour. Les pelles hydrauliques, par contre, sont d’une plus
grande souplesse d’emploi ; la précision et la souplesse de manœuvre du godet permettent
en effet de prendre sélectivement des matériaux à la partie supérieure ou à la partie
inférieure du front de taille. Cette possibilité de séparer le minerai des stériles aux points
de chargement a l’avantage de réduire la quantité de matériaux à transporter aux
installations de traitement.
Le transport
Le transport des produits dans les mines à ciel ouvert se fait généralement à l’aide de camions.
Bien souvent, l’utilisation des camions se limite aux transports entre les points de chargement des
produits et le point de transfert, qui peut être un concasseur de chantier ou un convoyeur. La
souplesse du transport par camions l’a fait préférer au transport par voie ferrée, qui avait eu la
faveur jusque dans les années soixante. Toutefois, le coût du transport par camions dans les mines
exploitées à ciel ouvert, métallifères ou autres, représente en général plus de 50% des frais
d’exploitation de la mine. Ces coûts ont pu être réduits grâce surtout à l’introduction du concassage
en fosse et du transport continu par convoyeurs à bande. Les progrès technologiques dont ont
bénéficié les camions (moteurs diesel et commandes électriques, par exemple) ont conduit à la
construction de véhicules de capacité de plus en plus grande. Plusieurs constructeurs proposent
déjà des camions d’une capacité de 240 tonnes, et l’on peut s’attendre à voir dans un avenir
prochain des capacités dépassant 310 tonnes. Qui plus est, la technologie de la répartition assistée
par ordinateur et de la localisation par satellite permet une utilisation et une répartition plus
efficaces des camions.
Les pistes peuvent être à un ou à deux sens de circulation, et la circulation se faire à gauche ou à
droite. La circulation à gauche permet au conducteur, surtout dans le cas de très gros camions, de
mieux voir la position des pneus sur la piste. La sécurité est également mieux assurée en circulation
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
P a g e | 46
à gauche, du fait qu’elle évite le risque de collision du côté du conducteur. La pente des pistes de
circulation est en général limitée de 8 à 15% sur une longue distance, la pente optimale ne
dépassant pas 7 à 8%. Dans les longues rampes, les impératifs de sécurité et de drainage obligent
à ménager des tronçons d’au moins 45 m où la pente est inférieure à 2% pour chaque tronçon
fortement pentu de 460 m. La construction de banquettes de sûreté (parapets en terre) entre les
pistes et le bord des excavations fait partie des saines pratiques des mines à ciel ouvert. On édifie
aussi des banquettes médianes sur les pistes à deux sens de circulation. Dans le cas de pistes en
lacets, il est utile d’aménager, au bas de longues et fortes pentes, des voies de détresse à pente
montante. Des pistes bien tracées et bien construites ont un effet positif sur la productivité, car
elles autorisent des vitesses de circulation plus élevées, réduisent les temps d’arrêt nécessaires pour
la maintenance et la réparation des véhicules et occasionnent moins de fatigue au volant. Un bon
entretien des pistes de circulation réduit les coûts d’exploitation et de réparation ainsi que la
consommation de carburant et augmente la durée de vie des pneus.
En conditions optimales, la voie ferrée est la plus avantageuse pour le transport du minerai
sur de longues distances. Cependant, pour des raisons pratiques, elle a été supplantée dans
bien des mines à ciel ouvert par les camions diesel ou électriques qui offrent, avec les
systèmes de transport continu par convoyeur, une plus grande souplesse d’emploi. Le
transport ferroviaire admet pour la montée en charge une pente de l’ordre de 0,5%, avec
un maximum de 3%. L’acquisition de locomotives et la construction de voies ferrées
imposent de très lourds investissements, qui ne peuvent être rentabilisés sur la durée que
dans une exploitation à forte production.
La manutention continue
Le concassage du minerai en fosse et l’évacuation des produits par un système de transport
continu est une pratique apparue au milieu des années cinquante et qui s’est étendue depuis.
Par rapport aux méthodes traditionnelles, la mise en place d’un concasseur dans la mine
même, associée à un système de transport, a permis d’augmenter la production et de réduire
les frais d’exploitation de façon sensible. Les coûts de construction et d’entretien du réseau
de pistes sont ainsi réduits, de même que ceux liés au personnel de conduite des véhicules
et à la consommation de carburant.
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La principale raison d’installer un concasseur en fosse est de permettre l’évacuation des
produits par convoyeurs. Les installations de concassage en fosse peuvent être
permanentes, amovibles ou mobiles. Dans la plupart des cas, elles sont modulaires, de
manière à pouvoir être déplacées pour suivre l’enfoncement de la fosse. Leur déplacement
peut s’avérer nécessaire aussi bien tous les ans que tous les dix ans. Le temps requis pour
l’opération peut se mesurer en heures, en jours, voire en mois, selon la taille et la
complexité de l’installation et la distance de déplacement.
Le transport par convoyeurs offre, par rapport au transport par camions, plusieurs avantages :
démarrage instantané, fonctionnement automatique et continu, fiabilité élevée, disponibilité
pouvant atteindre 90 à 95%, etc. De plus, il n’est pas entravé par les intempéries et il nécessite
une main-d’œuvre beaucoup moins nombreuse ; l’exploitation et l’entretien d’un parc de camions
peuvent en effet exiger jusqu’à dix fois plus de personnel qu’un système de convoyeurs de capacité
équivalente. Le transport par convoyeurs peut admettre une pente de 30%, alors que la pente
maximale admise pour le transport par camions est généralement de l’ordre de 10%. La tolérance
d’une plus forte pente peut se traduire par une réduction du volume de morts-terrains qu’il est
nécessaire d’enlever et de la longueur des pistes qu’il faut construire. Par ailleurs, dans les mines
de charbon à ciel ouvert, les convoyeurs sont fréquemment couplés à des pelles mécaniques sur
roues, ce qui élimine totalement le recours au transport par camions.
L’extraction par lixiviation
La lixiviation, le plus courant des deux procédés d’extraction par mise en solution aqueuse, est
employée pour l’extraction de minerais solubles lorsque cette option est plus efficace ou plus
économique que les méthodes classiques d’extraction. La lixiviation peut être la méthode
principale d’extraction (dans certaines mines d’or et d’argent, par exemple) ou peut compléter les
procédés pyro-métallurgiques classiques (comme dans le cas de minerais pauvres en oxyde de
cuivre). Indépendamment des considérations d’ordre pratique ou économique, toutes les variantes
de l’extraction par lixiviation ont en commun deux caractéristiques :
1.
Le minerai est extrait de façon conventionnelle, puis déposé en tas ; et
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
2.
P a g e | 48
Le tas est arrosé avec une solution chimique aqueuse capable d’attaquer de façon
sélective le métal recherché pour donner un sel de ce métal, la solution contenant le sel
métallique étant ensuite récupérée en vue d’extraire le métal.
L’application du procédé de lixiviation est limitée par le volume de minerai à extraire, les
propriétés du ou des minéraux recherchés et de la roche encaissante, ainsi que par la
superficie disponible pour la mise en tas du minerai et le drainage, la taille du tas
conditionnant la rentabilité de l’opération.
La mise en tas du minerai dans une exploitation où la lixiviation est le principal procédé
d’extraction est soumis aux mêmes conditions que dans n’importe quelle autre mine à ciel
ouvert, à la différence près que le minerai reste en tas au lieu d’être transporté à un atelier
de traitement. Dans les mines où se pratiquent à la fois la pyro-métallurgie et
l’hydrométallurgie, les minerais destinés à l’une et à l’autre de ces méthodes sont entassés
séparément. Par exemple, le minerai de sulfure de cuivre est généralement traité par les
procédés pyro-métallurgiques et acheminé aux installations correspondantes. Par contre, le
minerai d’oxyde de cuivre se prête mal à ces procédés ; il est donc acheminé au tas destiné
à l’extraction par lixiviation. La solution d’attaque, appelée solvant, est déversée sur le tas
de minerai ; elle dissout et entraîne le métal qu’il renferme à une vitesse prévisible,
déterminée par les caractéristiques physiques du tas, la nature et la quantité utilisée, la
teneur en métal du minerai et les propriétés du métal à extraire. Les solvants les plus utilisés
en exploitation minière par lixiviation sont les solutions alcalines diluées de cyanure de
sodium pour l’or, les solutions d’acide sulfurique pour le cuivre, de dioxyde de soufre pour
le manganèse et d’acide sulfurique en association avec le sulfate ferrique pour l’uranium.
Dans le cas de l’uranium et des sels solubles, la lixiviation est généralement pratiquée sur
place, par injection du solvant approprié dans les gisements, sans extraction
conventionnelle du minerai. Ce procédé est avantageux pour l’exploitation de minerais
pauvres.
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Les risques pour la sécurité et la santé
Les risques pour la sécurité et la santé liés à la phase d’extraction mécanique du minerai,
qui précède l’extraction par lixiviation du métal, sont essentiellement les mêmes que dans
les méthodes classiques d’extraction à ciel ouvert, avec toutefois une différence: le minerai
non lixiviable doit subir un concassage primaire en fosse avant d’être acheminé par
convoyeurs à l’atelier de traitement pyro-métallurgique, alors que le minerai lixiviable est
en règle générale transporté du chantier au tas par camions. Le personnel affecté à la
lixiviation est donc moins exposé au risque delésions, aux poussières et au bruit provenant
du concassage. Les principaux risques dans une mine à ciel ouvert sont liés à la
manutention des matériaux, aux glissades, aux chutes, aux machines, aux outils à main,
aux engins de transport électriques et aux sources de courant. Cependant, les opérations de
lixiviation présentent des dangers propres: risque d’exposition aux produits chimiques lors
du transport, de l’application des solvants et des opérations de raffinage chimique ou
électrolytique. Les travailleurs peuvent aussi être exposés à des vapeurs acides dans le
voisinage des cuves d’électrolyse. Dans le cas de l’uranium, le risque d’exposition aux
rayonnements ionisants est présent dans les opérations d’extraction, et encore plus élevé
dans les opérations de concentration.
L’abattage hydraulique
L’abattage hydraulique consiste à extraire au moyen d’un jet d’eau sous pression des matériaux
peu ou non consolidés, de manière à former une boue dont peuvent ensuite être extraits les métaux
recherchés. Cette méthode convient principalement aux dépôts métalliques et aux conglomérats,
bien qu’elle puisse aussi être appliquée à l’exploitation du charbon, du grès et des résidus des
ateliers métallurgiques. L’application la plus courante et la mieux connue de l’abattage
hydraulique est l’exploitation des placers, où l’on récupère dans les sédiments alluvionnaires
(placers) les grains de métaux tels que l’or, le titane, l’argent, l’étain et le tungstène. Le choix de
la méthode hydraulique se fait en considérant les éléments ci-après : sources d’eau et de pression,
pente du terrain, distance séparant le front de taille et les installations de traitement, degré de
consolidation du gisement à exploiter et surface disponible pour la mise en tas des stériles. Comme
pour les autres méthodes d’exploitation à ciel ouvert, sa mise en œuvre dépend des caractéristiques
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
P a g e | 50
du site. L’abattage hydraulique est relativement peu onéreux et d’une grande souplesse d’emploi
du fait qu’il fait appel à des matériels simples, robustes et mobiles. Pour ces raisons, il est souvent
pratiqué en régions éloignées, où l’existence d’infrastructures n’est pas restrictive.
Dans l’abattage hydraulique, l’eau est à la fois agent d’abattage et de transport des produits. Elle
est amenée sous pression au gisement, où des jets puissants désagrègent le gravier et les matériaux
non consolidés et les acheminent vers des installations de collecte et de traitement. La pression
hydraulique peut être l’effet de la pesanteur de la colonne liquide (c’est le cas dans l’exploitation
de matériaux fins très meubles) ou être portée à plusieurs milliers de kilogrammes par centimètre
carré (comme dans l’abattage de dépôts non consolidés). On emploie parfois pour l’extraction de
matériaux plus compacts des bouteurs, niveleuses ou autres engins mobiles du même genre.
Traditionnellement, et aujourd’hui encore dans les petites exploitations, les boues sont collectées
par des rigoles et des bassins de faible volume. Les exploitations plus importantes utilisent des
pompes, des bassins de captage et de décantation et des installations de séparation. Selon le volume
du gisement à exploiter, la commande des lances à eau peut être manuelle, contrôlée à distance ou
assistée par ordinateur.
L’impact de l’exploitation minière à ciel ouvert sur l’environnement
L’exploitation des mines à ciel ouvert et des carrières a des effets très visibles sur
l’environnement. La dégradation du site, la destruction de la végétation et la disparition de
la faune indigène en sont les signes les plus marquants. Les mines à ciel ouvert sont en
outre une source fréquente de contamination des eaux de ruissellement et des eaux
souterraines, en particulier dans les mines où se pratiquent l’extraction par lixiviation et
l’abattage hydraulique.
En raison de la vigilance accrue des mouvements écologiques partout dans le monde et de
la surveillance aérienne, les sociétés minières ne peuvent plus se livrer à l’exploitation
sauvage de gisements et quitter subrepticement le site en fin d’exploitation. Dans la plupart
des pays développés, des lois et des règlements ont été adoptés à cet effet, et les
organisations internationales encouragent les pays où ces instruments n’existent pas encore
à en faire autant. En vertu des dispositions en vigueur, tout projet minier doit comporter un
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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volet de gestion de l’environnement. Il est notamment exigé que l’exploitation minière soit
précédée d’études d’impact sur le milieu, qu’un programme de réhabilitation progressive
du site minier — prévoyant la remise en état du terrain, le reboisement, le rétablissement
de la végétation et la réintroduction de la faune indigène, etc.. Il importe évidemment que
ces dispositions ne restent pas lettre morte et ne soient pas qu’une simple déclaration
d’intention annexée au dossier soumis pour l’obtention du permis d’exploitation. Les
principes fondamentaux de protection de l’environnement devraient être acceptés et mis en
pratique par les exploitants, auxquels il incombe de les faire connaître à l’ensemble du
personnel.
Lorsque le gisement est sous l’eau, on utilise des godets, des draglines ou des jets submergés pour
extraire les matériaux meubles : argile, limon, sable, gravier et autres matériaux associés. Ceux-ci
sont remontés du fond par voie mécanique ou hydraulique et transportés à une station de lavage
sur l’installation flottante d’exploitation ou sur la terre ferme, pour être séparés et épurés.
Les risques pour la sécurité et la santé
Les risques liés à l’abattage hydraulique sont différents de ceux des autres méthodes d’exploitation
à ciel ouvert. Les opérations de foration, de tir, de transport et de concassage étant très réduites,
les principaux risques proviennent des équipements hydrauliques, du déplacement manuel des
équipements mobiles, des sources de courant et de pression, de la possibilité d’éboulement du front
d’abattage et des opérations d’entretien. Les risques pour la santé proviennent principalement de
l’exposition au bruit et aux poussières. En raison de l’utilisation d’eau, le risque d’exposition aux
poussières est moins grand que dans les autres méthodes d’exploitation à ciel ouvert.
EXPLOITATION SOUTERRAINE
Les exploitations souterraines- non soutenue, soutenu ou foudroyés- se différencient par le type de
soutènement du mur ou de toit utilisé, la configuration et la taille des ouvertures de production, et
de
la
direction
dans
les
opérations minières. Les méthodes non prises en charge de
l'exploitation minière sont utilisées pour extraire les gisements minéraux qui sont à peu près de
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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tableau (plus plat ou fortement trempage) et sont généralement associés à un fort minerai et la
roche environnante.
Ces méthodes sont appelées non pris en charge parce qu'ils n’utilisent pas artificielle
piliers pour aider à l'appui des ouvertures. Cependant, des quantités généreuses de
boulonnage de toit et des mesures de soutien localisées sont souvent utilisées.
L’exploitation par Chambres et piliers est la méthode la plus courante non pris en charge,
utilisé principalement pour les plateurs ou des dépôts lits, comme le charbon, le trona, le
calcaire et le sel. Le Soutien du toit est fourni par des piliers naturels de minerai qui sont
encore debout dans un schéma systématique. L’exploitation minière par piliers et
Stoppe (un chantier est une ouverture de production dans une mine de métal) est une
méthode similaire à celle utilisée dans les mines de charbon plus épais, pour plus de corps
minéralisés irréguliers se produisent ; les piliers sont espacés de manière aléatoire et situés
dans minerai à faible teneur de sorte que le minerai à haute teneur peut être extraite. Ces
deux méthodes comptent pour la quasi-totalité de l'exploitation minière souterraine dans
des dépôts horizontaux dans le États-Unis et une très forte proportion du tonnage souterrain
ainsi.
Deux autres méthodes appliquées aux dépôts pentés sont également incluses dans la
Catégorie non pris en charge. En retrait abattage, l'exploitation minière progresse vers le
haut, avec tranches horizontales de minerai étant soufflés sur la longueur du chantier. Une
portion du minerai abattu est autorisée à s'accumuler dans le chantier de fournir une plateforme de travail pour les mineurs et est ensuite retirée du chantier par goulottes. L’abattage
des sous niveaux diffère de retrait abattage en fournissant des sous- niveaux à partir de
laquelle les tranches verticales sont sablées. De cette manière, le chantier est exploité
horizontalement d'une extrémité à l'autre. Retrait abattage est plus approprié qu’abattage
sous-niveau pour le minerai fort et plus faible paroi rocheuse.
Méthodes d'exploitation pris en charge sont souvent utilisées dans les mines avec une
faible structure de la roche.
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Extraire et remblayer est le plus commun de ces méthodes et est principalement utilisé à
fort pendage dépôts métalliques. La méthode de coupe et remblai est pratiquée à la fois
dans la pronation (vers le haut) et dans les directions (à la baisse) sournoises. Comme
chaque tranche horizontale est prise, les vides sont remplis avec une variété de types de
remplissage à soutenir les murs. Le remplissage peut être stériles, les résidus, les résidus
cimentés, ou d’autres matériaux appropriés. Couper l'exploitation minière et de
remplissage est l'un des plus populaires méthodes utilisées pour gisements filoniens et a
récemment augmenté en cours d'utilisation. Square-ensemble abattage implique également
le remblayage des vides miniers ; cependant, il repose principalement sur le bois fixe pour
soutenir les murs lors de l'extraction. Cette méthode d'extraction est rapide disparaissant
en Amérique du Nord en raison du coût élevé de la main-d'œuvre. Toutefois, il trouve
encore une utilisation occasionnelle dans l'extraction de minerais à haute teneur ou dans
les pays où la main-d'œuvre les coûts sont faibles. Stull abattage est une méthode
d'exploitation pris en charge en utilisant du bois ou de la roche boulons sous forme de
tableaux, de tangage corps minéralisés. Elle est l'une des méthodes qui peuvent être
appliquée aux corps minéralisés qui ont trempettes entre 10 ° et 45 °. Il utilise souvent
piliers artificiels de déchets pour soutenir le toit.
Méthode Spéléologique sont variées et polyvalent et impliquent spéléologie le minerai et / ou la
roche sus-jacente. L'affaissement de la surface se produit normalement par la suite.
Longue taille est une méthode d’exploitation particulièrement bien adapté à l’horizontal,
généralement le charbon, à une certaine profondeur. Dans ce procédé, une face d'une longueur
considérable
(Un long visage ou le mur) est maintenue, et que l'exploitation progresse, le recouvrant strates sont
ont cédé, favorisant ainsi la rupture du charbon lui-même. Une différente méthode, méthode de
sous-niveau, est employé pour un tableau de trempage ou dépôt massif.
Comme la mine progresse vers le bas, chaque nouveau niveau est cédé dans la mine des ouvertures,
avec les matériaux de minerai en cours de récupération, tandis que les rochent restent derrière. La
méthode est une grande échelle ou méthode de minage en vrac qui est très productive, de faible
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coût, et utilisé principalement sur les dépôts massifs qui doivent être souterrain extrait. Il est le
plus applicable à faible ou modérément forte minerai organismes qui décomposent facilement
quand cédé. Les deux blocs foudroyés et longues tailles l'exploitation minière sont largement
utilisés en raison de leur haute productivité.
En plus de ces méthodes conventionnelles, les méthodes innovantes de l'exploitation minière sont
également en évolution. Ceux-ci sont applicables aux dépôts inhabituels ou peuvent employer
inhabituelle techniques ou de l'équipement. Les exemples incluent l'automatisation, l'excavation
rapide, gazéification souterraine ou liquéfaction, et l'exploitation minière en haute mer.
Il existe des mines souterraines partout dans le monde, qui témoignent de la multitude de méthodes
et de matériels d’exploitation existants. On compte environ 650 mines souterraines dont la
production annuelle unitaire dépasse 150 000 tonnes, ce qui représente au total 90% de la
production de minerai en Occident. De plus, il y aurait quelque 6 000 mines souterraines produisant
moins de 150 000 tonnes de minerai par an. Chaque mine constitue un cas particulier, les
installations et les méthodes d’exploitation étant dictées par la nature et les caractéristiques du
gisement, la situation géographique, les conditions géologiques ainsi que par des considérations
d’ordre économique telles que les marchés existants et les possibilités de financement. Certaines
mines sont exploitées de façon continue depuis plus d’un siècle, alors que d’autres viennent tout
juste d’être ouvertes.
Les mines sont des lieux de travail dangereux, et la tâche des mineurs est pénible. Ils sont
exposés à toutes sortes de risques : éboulements, inondations, explosions, feux et incendies,
exposition aux poussières, au bruit, à la chaleur et à d’autres facteurs ambiants néfastes,
sans compter les risques d’accidents mécaniques ou électriques. La sécurité et la protection
de la santé des mineurs font partie intégrante d’une saine pratique minière et constituent
une obligation légale dans la plupart des pays.
Une mine souterraine est en quelque sorte une usine aménagée au sein de la terre en vue d’extraire
de la roche en place les minéraux utiles qu’elle renferme. L’accès au gisement et l’abattage du
minerai, c’est-à-dire de la roche qui renferme un mélange de minéraux dont au moins un peut être
traité pour obtenir un produit commercialisable, s’effectuent par foration et tir à l’explosif. Le
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minerai est remonté à la surface, où il est traité pour obtenir un concentré riche en valeur
marchande.
L’exploitation d’un gisement dans les profondeurs de la terre nécessite des infrastructures
spéciales : un réseau de puits et de galeries communiquant avec la surface et permettant la
circulation du personnel, le transport du matériel et du minerai. On accède au fond par un
puits d’extraction, duquel partent des galeries menant aux chantiers. Les différents niveaux
d’exploitation sont reliés par des galeries appelées plans inclinés. Toutes les excavations
souterraines doivent être desservies par dessystèmes d’aérage (amenée d’air frais et
évacuation d’air vicié), d’alimentation en électricité, en eau et en air comprimé, d’exhaure,
de roulage et de communications.
Les appareils et les systèmes de levage
La présence d’une mine est matérialisée à la surface par le chevalement édifié à l’aplomb du puits
d’extraction. Celui-ci est l’artère principale de circulation empruntée par les mineurs et par laquelle
le matériel et les fournitures sont acheminés au fond et le minerai et les stériles ramenés à la
surface. Les caractéristiques du puits et de la machinerie d’extraction varient en fonction de la
capacité requise, de la profondeur de la mine, etc. Une mine doit toujours avoir au moins deux
puits, de façon qu’il y ait une sortie de secours en cas d’urgence.
La circulation dans les puits et l’extraction des matériaux sont assujetties à des règles très strictes.
La machinerie d’extraction (molettes, treuil, câbles, freins, etc.) est conçue avec une ample marge
de sécurité et fait l’objet de vérifications périodiques. Les parois du puits sont inspectées
régulièrement par une personne placée sur la cage d’extraction même. Des boutons d’arrêt placés
à chacune des recettes permettent d’actionner le frein d’urgence.
Des barrières ferment l’accès au puits lorsque la cage n’est pas à la recette. Lorsque la cage arrive
et qu’elle s’immobilise, un signal commande le déverrouillage de la barrière. Une fois que le
personnel est monté dans la cage et que la barrière est refermée, un deuxième signal commande le
déverrouillage de la cage pour permettre sa descente ou sa remontée dans le puits. Selon le cas, la
manœuvre peut être commandée par un préposé de cage ou par les mineurs eux-mêmes, qui suivent
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alors les instructions affichées à chaque recette. Les mineurs sont généralement très conscients du
danger lié à la circulation dans les puits et les accidents sont rares.
Les sondages de reconnaissance
La reconnaissance du gisement doit nécessairement précéder son exploitation. Il faut localiser
exactement sa position et en déterminer la configuration tridimensionnelle (longueur, largeur et
épaisseur).
Figure 6. Chargeuse
.
L’exploration du massif rocheux se fait par foration au diamant, à partir de la surface ou d’une
galerie souterraine. L’outil de foration, une couronne dont le bord d’attaque est garni de diamants,
découpe une carotte cylindrique qui est remontée à l’intérieur du train de tiges portant l’outil. Une
fois extraite, la carotte est examinée afin de déterminer la puissance et la composition des couches
traversées. Des échantillons sont prélevés, puis les parties minéralisées sont découpées et analysées
en vue de déterminer leur teneur métallique. La localisation exacte du gisement implique une vaste
campagne de forage (voir figure 6).
Les travaux préparatoires
Les travaux préparatoires comprennent toutes les excavations nécessaires à la mise en place des
infrastructures de production et pour assurer la continuité des opérations au cours de la phase
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d’exploitation. Les principaux ouvrages, réalisés par foration, tir à l’explosif et déblocage, sont les
puits, les galeries, les plans inclinés et les cheminées verticales ou inclinées.
Le fonçage des puits
Le fonçage d’un puits consiste à creuser une cheminée verticale dans le massif rocheux à partir de
la surface. Il exige un matériel spécial (chevalement de fonçage, treuil et cuffat d’extraction, benne
preneuse, etc.) et une main-d’œuvre expérimentée. Ce travail est généralement confié à un
entrepreneur plutôt qu’au personnel de la mine.
L’équipe de fonçage est exposée à plusieurs dangers. Elle travaille au fond d’un puits vertical
profond. Le personnel, le matériel et les déblais sont tous transportés dans le même cuffat. Les
travailleurs se trouvant au fond ne sont pas protégés contre les chutes de blocs ou autres objets. De
toute évidence, il s’agit d’un travail réservé à des personnes expérimentées.
Le percement des galeries et des plans inclinés
Une galerie est une voie de communication horizontale servant au transport du minerai et des
stériles ; son percement fait partie des travaux préparatoires courants. Dans les exploitations
mécanisées, l’abattage de la roche se fait à l’aide de jumbos de foration à deux bras orientables
portant des perforatrices électrohydrauliques. La section des galeries est généralement de 16 m2,
et les trous de mine sont forés à 4 m de profondeur. Les trous de mine sont chargés d’une quantité
appropriée d’explosif en vrac — en général du nitrate d’ammonium et fuel-oil (ANFO) —, au
moyen d’un chargeur pneumatique spécial. L’amorçage est assuré par des détonateurs non
électriques à court retard (Nonel).
Le marinage se fait au moyen de chargeuses à godet d’une capacité d’environ 3 m3 (voir figure
5). Les déblais sont évacués et chargés dans des camions. Les plans inclinés sont des galeries
reliant deux ou plusieurs niveaux différents. Ils ont une pente comprise entre 1:7 et 1:10 (pente
très raide par comparaison à celles des routes ordinaires) et offrent une bonne adhérence aux engins
lourds motorisés. Les plans inclinés sont souvent creusés en spirale, en montant ou en descendant,
à la manière d’un escalier en colimaçon. Le creusement des plans inclinés fait aussi partie des
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travaux préparatoires courants ; on utilise à cette fin le même matériel que pour le percement des
galeries.
Figure 7. Méthodes de creusement des montages
Le creusement des cheminées
Une cheminée, ou montage, est une voie verticale ou très inclinée servant à la circulation du
personnel, du matériel, du minerai ou de l’air entre différents niveaux de la mine. Le creusement
des cheminées est une tâche difficile et dangereuse, mais indispensable. Les méthodes utilisées
vont du creusement manuel, par fora-tion de trous au marteau-perforateur et tir à l’explosif, jusqu’à
la foreuse de montage (voir figure 6).
Le creusement manuel
Le creusement manuel d’une cheminée est un travail difficile et dangereux qui demande beaucoup
d’agilité, de force physique et d’endurance. Il ne peut être confié qu’à des mineurs expérimentés
et en parfaite forme physique. En règle générale, la cheminée est divisée en deux compartiments
par une cloison de bois. L’un sert de train d’échelle pour accéder au front d’attaque, de passage
pour les canalisations d’air, etc. L’autre recueille la roche abattue, qui est utilisée comme plancher
de travail pour la foration et le chargement de la volée suivante. La cloison de bois est déplacée au
fur et à mesure de l’avancement du front. Il faut, après chaque tir, remonter l’échelle jusqu’au front
d’attaque, mettre en place la cloison, forer les trous de mine et les charger. Toutes ces opérations
sont exécutées dans un espace exigu et mal aéré, par un mineur seul, puisqu’il n’y a pas de place
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pour deux. L’industrie cherche des solutions de remplacement moins laborieuses et moins
dangereuses au creusement manuel des cheminées.
La plate‐forme de montage
La plate-forme de montage remplace l’échelle et élimine en grande partie les difficultés du
creusement manuel. Il s’agit d’une sorte d’ascenseur qui grimpe dans la cheminée le long d’une
crémaillère ancrée dans la roche et qui sert de plancher de travail pour la foration et le chargement
des trous de mine. Ce véhicule permet de creuser de très hautes cheminées beaucoup plus sûrement
qu’avec la méthode manuelle. Le creusement de cheminées n’en reste pas moins un travail très
dangereux.
La foreuse de cheminée
La foreuse de cheminée ou foreuse de montage est une machine puissante qui disloque et
fragmente le massif (voir figure 74.12). Elle travaille à partir du niveau de tête, en forant
d’abord un trou pilote d’environ 300 mm de diamètre aboutissant au niveau de base. L’outil
de foration est remplacé par un trépan de diamètre égal à celui que doit avoir la cheminée,
et la machine est remise en marche inverse, rappelant le trépan qui agrandit en remontant
le trou initial pour donner à la cheminée sa dimension finale.
Les soutènements
Les soutènements — qu’il s’agisse du toit ou des parements — sont des ouvrages de
protection essentiels pour la sécurité du personnel travaillant au fond. Ils sont
particulièrement importants dans les mines mécanisées employant des engins montés sur
pneumatiques, car la section des galeries est beaucoup plus grande dans ce cas que celle
des galeries où circulent des engins sur rails (25 m2 contre 10 m2, en général). A 50 m de
hauteur, le toit d’une galerie est bien trop éloigné pour qu’un mineur puisse estimer les
risques d’effondrement à l’aide d’une barre de décrottage.
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Différentes techniques sont mises en œuvre pour assurer la stabilité du toit et des parements
des excavations. Ainsi, dans le creusement à l’explosif, on rapproche les trous de mine des
parements et on les charge avec des explosifs de faible brisance, ce qui permet d’obtenir
un contour régulier sans ébranler le massif.
Le massif rocheux renferme cependant souvent des fissures qui ne sont pas apparentes à la surface
et le risque de chutes de blocs est toujours présent. Le boulonnage du toit permet de réduire ce
risque. Il consiste à insérer et à ancrer des tiges d’acier dans des trous préalablement forés. Le
boulonnage serre les unes contre les autres les différentes strates du toit, empêche les fissures de
se propager, aide à stabiliser le massif rocheux et assure ainsi une plus grande sécurité des ouvrages
souterrains.
Figure 8. Machine à forer les montages
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Les méthodes d’exploitation souterraine
Le choix de la méthode d’exploitation dépend des dimensions et de la configuration du
gisement, de la valeur des minéraux qu’il renferme, de la composition, de la stabilité et de
la résistance du massif rocheux et des impératifs de production et de sécurité (parfois
conflictuels). Les méthodes d’exploitation minière ont connu une évolution ininterrompue
depuis l’Antiquité. Il sera surtout question ici des méthodes mises en œuvre dans les mines
partiellement ou entièrement mécanisées dans la dernière partie du XXe siècle. Chaque
mine est un cas particulier, mais toutes ont en commun la recherche de la rentabilité et de
la sécurité.
L’exploitation par chambres et piliers dans le cas de gisements horizontaux
ou quasi horizontaux
Cette méthode s’applique aux formations dont le pendage, nul à modéré, ne dépasse pas
20° (voir figure 7). Ces formations sont souvent d’origine sédimentaire. Le toit des galeries
peut être boulonné si sa stabilité pose problème. L’exploitation par chambres et piliers est
l’une des principales méthodes utilisées dans les mines de charbon souterraines.
L’abattage du minerai se fait par tir de mines horizontales, en avançant sur plusieurs fronts
et en formant des vides (chambres) séparés par des piliers de minerai laissés en place pour
empêcher le toit de s’effondrer. On obtient ainsi d’ordinaire un quadrillage régulier de
chambres et de piliers dont les dimensions relatives représentent un compromis entre deux
impératifs : assurer la stabilité du massif rocheux et récupérer la plus grande part possible
du minerai. Cela implique une étude approfondie de la résistance des piliers, de la portée
de la couche supérieure et d’autres facteurs encore. On utilise couramment des boulons
d’ancrage pour augmenter la résistance des piliers. Les chambres servent de voies de
roulage pour le transport par camions du minerai vers le silo de stockage.
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Le front de taille est attaqué par foration et tir de mines, de la même manière que le front
d’attaque lors du percement des galeries. La largeur et la hauteur du front correspondent
aux dimensions de la galerie, qui peuvent être assez importantes. Dans les mines de hauteur
normale, on utilise des jumbos de foration. Si la couche a moins de 3 m d’épaisseur, on
utilise des appareils de foration de plus faible encombrement. Les gisements puissants sont
exploités en partant du haut, pour que les travaux de stabilisation du toit puissent être
exécutés à une hauteur commode pour les mineurs. Le reste est abattu par tranches
horizontales, au moyen de tir de mines horizontales parallèles à la surface libre. Les
matériaux abattus sont chargés dans des camions sur le chantier. Habituellement, on utilise
pour cette opération des chargeuses et des camions à benne basculante ordinaires. Pour les
galeries de faible hauteur, il existe des chargeuses et des camions spéciaux.
L’exploitation par chambres et piliers est une méthode très productive. La sécurité est fonction de
la hauteur des chambres et des dispositifs de soutènement mis en place. Le principal danger vient
des chutes de blocs et de la circulation du matériel.
L’exploitation par chambres et piliers dans le cas de gisements pentus
L’exploitation par chambres et piliers en gisement pentu concerne les gisements tabulaires à
pendage compris entre 15° et 30°, soit une pente trop forte pour les véhicules sur pneus et trop
faible pour la chute libre du minerai par gravité.
La méthode traditionnelle d’exploitation des gisements pentus repose sur le travail manuel. Les
mineurs forent les trous de mine avec des perforatrices à main, et les matériaux abattus sont
déblayés par des racleurs.
Le travail sur ce type de chantier est difficile. Les mineurs doivent escalader les tas de matériaux
abattus en portant une perforatrice, les câbles et les poulies du racleur. En plus des risques
d’accidents et de chutes de blocs, ils sont exposés au bruit, aux poussières, à un aérage parfois
déficient et à la chaleur.
Si le gisement se prête à une exploitation mécanisée, on procède par chambres en gradins de
manière à obtenir une surface dont la pente convient aux véhicules sur pneus.
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L’exploitation commence par le traçage de chambres horizontales, à partir d’une galerie
servant à la fois d’accès et de roulage. Le premier étage horizontal suit le toit. L’étage
suivant est tracé un peu plus bas dans la même direction, et ainsi de suite en descendant,
de façon à obtenir un découpage en gradins.
Des piliers de minerai sont laissés en place pour supporter le toit. Après avoir tracé
complètement deux ou trois chambres contiguës, on passe à l’étage inférieur, en laissant
un long pilier de minerai. Des parties de ce pilier peuvent être récupérées ultérieurement,
en pratiquant des recoupes et des refentes depuis le chantier situé au- dessous.
Les engins modernes montés sur pneumatiques sont bien adaptés à l’exploitation par
gradins. L’abattage peut se faire de façon entièrement mécanique au moyen des matériels
mobiles courants.
Figure 9. Exploitation par chambres et piliers d’un gisement horizontal
Les matériaux abattus sont évacués par des chargeuses et placés dans des camions pour
leur évacuation. Si la chambre n’est pas assez haute pour permettre le chargement des
camions, celui-ci peut se faire sur des aires spéciales aménagées dans la voie de roulage.
L’exploitation par chambres‐magasins
L’exploitation par chambres-magasins est une méthode d’exploitation classique, sans doute la plus
répandue durant la majeure partie du siècle dernier. Elle a été généralement remplacée depuis par
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des méthodes mécaniques, mais elle se pratique encore dans de nombreuses exploitations de petite
taille dans le monde. La méthode s’applique aux gisements de forme régulière et fortement pentus,
inclus dans un massif rocheux. Elle ne peut être utilisée que si le minerai n’est pas de nature à
s’altérer lorsqu’il est laissé en place après abattage (les minerais sulfurés, par exemple, ont
tendance à s’oxyder et à se décomposer lorsqu’ils sont exposés à l’air). L’exploitation par
chambres-magasins est caractérisée par le déblocage par gravité, les matériaux abattus tombant
directement dans des berlines sur rails via des trémies, ce qui évite le chargement manuel qui est
traditionnellement la tâche la plus répandue et la plus fastidieuse du travail de mineur. En effet,
jusqu’à l’apparition de la chargeuse à godet sur pneumatiques, dans les années cinquante, il
n’existait aucune machine de chargement de fond.
Dans l’exploitation par chambres-magasins, le minerai est enlevé par tranches horizontales en
partant du bas. La plus grande partie des matériaux abattus est provisoirement laissée en place et
utilisée comme plancher de travail pour la préparation de la volée suivante ou comme soutènement
provisoire des parements. Comme la fragmentation augmente le volume de la roche d’environ
60%, quelque 40% des matériaux abattus sont soutirés au fur et à mesure par la voie de base afin
de laisser un espace de travail suffisant entre le minerai abattu et le front de taille. Le reste est
soutiré après l’abattage de la dernière tranche.
L’exploitation par chambres-magasins n’est pas mécanisable, car il faut travailler sur le minerai
abattu et accéder au chantier par des échelles à travers des montages. Les seuls matériels qui
conviennent sont ceux qui sont assez légers pour être maniés par un mineur seul. Le marteauperforateur avec béquille(s) et vérin pneumatique, pesant 45 kg, est l’outil de foration le plus
répandu. Debout sur le dessus du tas, le mineur place la mèche, ancre-la ou les béquilles au sol,
appuie le marteau-perforateur contre la roche et procède à la foration ; il s’agit d’un travail pénible.
L’exploitation par tranches montantes remblayées
La méthode par tranches montantes remblayées convient à l’exploitation de gisements
fortement pentus inclus dans un massif rocheux dont la stabilité est bonne à moyenne. Le
minerai est abattu et déblayé par tranches horizontales prises en montant, le remblai étant
mis en place au fur et à mesure. Cette méthode permet de modifier les limites du chantier
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en cours de progression, afin d’extraire les minéralisations les plus intéressantes, laissant
en place celles qui le sont moins.
Une fois l’abattage et le déblocage terminés, les vides sont remblayés de manière à former
un plancher de travail pour la foration de la volée suivante et à assurer le soutènement des
parements de la chambre.
Les travaux préparatoires à l’exploitation par tranches montantes remblayées dans une
mine exploitée sans rails comprennent le creusement au niveau principal d’une galerie de
roulage en direction, la pratique d’une saignée à la base du gisement et la mise en place de
drains en vue du remblayage hydraulique, le creusement d’un plan en spirale avec accès
aux chantiers ainsi que le creusement d’une cheminée à remblai et d’aérage entre le niveau
en exploitation et le niveau supérieur.
L’abattage peut se faire par gradins renversés, les vides étant remblayés avec des matériaux
secs ou humides. Le minerai est abattu par tranches de 3 à 4 m d’épaisseur, par tir de mines
verticales forées en montant, de sorte que la totalité du front peut être forée, puis mise à
feu en une seule volée. Les trous montants sont forés au moyen de perforatrices montées
sur chariot.
Le tir de mines montantes laisse un toit irrégulier, dont la hauteur après déblocage est d’environ 7
m. Avant que les travailleurs ne soient autorisés à revenir sur le chantier, il faut procéder à un postdécoupage au moyen de tirs de faible intensité pour éliminer les saillies dangereuses, puis détacher
les blocs susceptibles de tomber. Cette opération s’effectue au moyen de marteaux-perforateurs à
main, les mineurs se tenant sur les tas de matériaux abattus.
L’abattage de front se fait en exploitation sans rails. Les vides sont remblayés avec du sable
amené dans la mine par des canalisations en plastique. Les vides sont presque
complètement remplis, le sable formant une surface suffisamment dure pour les engins sur
pneus. L’exploitation est entièrement mécanisée, avec forage par jumbos et déblocage par
chargeuses. Le front de taille est une paroi verticale de 5 m de hauteur, à la base de laquelle
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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on pratique une saignée de 0,5 m pour le dégagement du minerai. Les trous de mine sont
forés horizontalement jusqu’à une profondeur de 5 m.
Le volume abattu par volée dépend de la surface du front de taille, mais ne saurait se comparer à
celui obtenu avec la méthode des gradins renversés. Cependant, le rendement de l’exploitation
mécanisée est largement supérieur à celui de l’exploitation manuelle, et la stabilité du toit est
assurée en même temps que l’abattage par le jumbo de foration qui fore simultanément les trous
de découpage et les trous d’abattage. La chargeuse, véhicule équipé d’une benne de grande
capacité et monté sur pneus larges, est un engin bien adapté au déblocage et au transport sur
remblai. Dans une exploitation à double front de taille, le jumbo de fora-tion attaque l’un des fronts
tandis que la chargeuse évacue les matériaux abattus à l’autre front, ce qui permet d’optimiser
l’utilisation du matériel et d’augmenter la production.
La méthode par sous-niveaux abattus se pratique en chantiers ouverts. Le remblayage consolidé
des vides permet la récupération ultérieure des piliers laissés en place, de sorte que l’on obtient un
taux très élevé de récupération du minerai.
Les travaux préparatoires en vue de l’abattage par sous-niveaux sont importants et complexes. Le
gisement est découpé en panneaux d’environ 100 m de hauteur, dans lesquels sont tracés des sousniveaux reliés par un plan incliné. Les panneaux sont ensuite subdivisés en chambres et piliers
alternants, et une voie de desserte est tracée à la base du gisement que l’on équipe de points de
soutirage.
L’abattage par sous-niveaux laisse un vide rectangulaire dans toute l’épaisseur exploitée. La partie
inférieure de la chambre est aménagée en forme d’entonnoir, de manière que les matériaux abattus
glissent vers les points de soutirage. Des galeries sont creusées dans les niveaux supérieurs pour
le passage de l’engin de foration des longs trous verticaux
La roche fragmentée occupant un espace supérieur à son volume en place, il faut avant de forer les
trous de mine pratiquer une rouillure de quelques mètres de largeur pour permettre le foisonnement
du minerai. On obtient cette rouillure en agrandissant une cheminée sur toute la hauteur de la
chambre.
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Commence alors la foration des trous de mine (voir figure 9) dans les sous-niveaux, en
suivant exactement le schéma établi par les spécialistes, qui précise le nombre, la position,
la direction et la profondeur des trous. Tous les trous du premier niveau sont forés avant de
passer au niveau supérieur. Pendant la foration au niveau supérieur, les premières mines
sont chargées et tirées selon un plan de tir conçu pour abattre en une volée un important
volume de roche. Le minerai abattu tombe au fond de la chambre, puis est évacué par les
chargeuses aux points de soutirage. En règle générale, la foration des trous de mine se fait
préalablement au chargement et au tir, de sorte que le cycle de production puisse se dérouler
sans interruption.
Figure 10. Exploitation par sous-niveaux, avec foration en éventail et chargement aux
points de soutirage
L’abattage par sous-niveaux est une méthode d’exploitation productive, en grande partie parce que
la foration des longs trous de mine peut être entièrement mécanisée et que l’appareil de foration
peut travailler sans interruption. La méthode est aussi relativement sûre, du fait que la foration se
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fait en galeries, et l’évacuation des matériaux à partir de points de soutirage. Les travailleurs ne
sont donc pas exposés aux chutes de blocs.
La méthode par tranches montantes abattues à l’aide de charges concentrées
De même que l’abattage par sous-niveaux et par chambres-magasins, l’exploitation à l’aide de
charges concentrées s’applique à des gisements fortement pentus. La technique de tir à l’explosif
est cependant différente. Le minerai est abattu avec des charges concentrées d’explosif placées
dans des mines verticales de grand diamètre (environ 165 mm) à près de 3 m de la face libre de la
roche. L’explosion crée une excavation en forme de cône. Les matériaux abattus demeurent dans
la chambre pour la durée de l’exploitation, servant de soutènement aux parois. La stabilité du
massif n’est pas une condition aussi incontournable que dans la méthode des sous-niveaux abattus.
Les travaux préparatoires sont pratiquement les mêmes que pour l’abattage par sous- niveaux, mais
ils comprennent en outre le creusement d’une galerie au toit et d’une galerie au mur, la première
pour permettre la foration, le chargement et le tir de mines en début d’exploitation, et la deuxième
pour servir de surface de dégagement du minerai lors du tir et, éventuellement, d’accès à une
chargeuse (commandée à distance de l’extérieur de la chambre) pour prendre le minerai abattu aux
points de soutirage. L’affaissement des terrains de couverture (des barrières doivent être mises en
place pour interdire l’accès de la mine).
Dans cette méthode, la foration est immédiatement suivie de la fragmentation du massif rocheux
aux explosifs. Le minerai et les stériles tombent par gravité au fond de la chambre et sont évacués
par des galeries situées sous le niveau exploité. Cette méthode est considérée comme sûre, puisque
les mineurs travaillent toujours dans des espaces ayant la dimension d’une galerie.
En exploitation rabattante par charges concentrées, les trous de mine, verticaux ou quasiverticaux, sont généralement disposés suivant un quadrillage de 4 m × 4 m, et les charges
sont placées à une distance calculée pour provoquer la formation d’une fracture continue
en dessous. Le tir détache une tranche horizontale de minerai d’environ 3 m d’épaisseur.
Le minerai abattu tombe dans la chambre inférieure. Une partie seulement du minerai est
soutirée, le reste demeurant dans la chambre pour soutenir les parements durant
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l’exploitation. Après l’abattage de la dernière tranche, qui emporte la galerie supérieure, la
chambre est vidée complètement et préparée en vue du remblayage.
Le gisement est souvent exploité par chambres primaires et secondaires. Les chambres
primaires sont exploitées les premières, puis remblayées avec un matériau consolidé. Après
un temps d’attente approprié, on peut récupérer le minerai des piliers séparant les chambres
primaires, en formant les chambres secondaires. Cette méthode, associée au remblayage
consolidé, autorise une récupération presque totale des réserves exploitables.
La méthode par sous‐niveaux foudroyés
L’exploitation par sous-niveaux foudroyés s’applique aux gisements moyennement à
fortement pentus de grande profondeur. Le minerai doit être de nature à pouvoir être
fragmenté à l’explosif en blocs maniables. La méthode entraîne l’éboulement du toit et
Les travaux préparatoires sont importants. Des galeries d’accès doivent être tracées dans le
gisement à intervalles verticaux assez rapprochés (de 10 à 20 m) et suivant une disposition
déterminée. Celle-ci est la même à tous les sous-niveaux, sauf qu’elle est légèrement décalée d’un
sous-niveau à l’autre, de sorte que les galeries d’un sous- niveau donné se trouvent entre celles du
sous-niveau supérieur. Une coupe verticale montrerait une disposition en losanges, avec un
espacement régulier dans le sens horizontal et dans le sens vertical. Bien que les travaux de
creusement soient ici importants, il s’agit d’une opération simple qui se prête bien à la
mécanisation. Le creusement simultané de plusieurs galeries à différents sous-niveaux implique
une utilisation optimale du matériel.
Lorsque la préparation d’un sous-niveau est terminée, de longs trous de mine verticaux sont forés
en éventail au plafond des galeries. La foration une fois terminée à ce sous- niveau, l’engin de
foration est amené au sous-niveau inférieur.
Le tir de mines fragmente la roche, qui se disloque du toit et tombe verticalement sur le mur du
sous-niveau inférieur, en laissant un front droit. Une coupe verticale montrerait des chantiers en
escalier, où les travaux à chaque sous-niveau sont en avance d’une opération sur ceux du sousniveau inférieur.
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Les matériaux foudroyés renferment un mélange de minerai et de stériles. Les premiers matériaux
évacués par la chargeuse sont constitués exclusivement de minerai. Au fur et à mesure que le
déblocage progresse, la proportion de stériles augmente. Lorsque l’opérateur juge qu’elle est trop
élevée, il passe au chantier suivant. Pendant ce temps, les boutefeux prépareront la prochaine volée.
Les chargeuses, disponibles en diverses capacités, sont parfaitement adaptées aux travaux de
déblocage des sous-niveaux ; leur benne une fois remplie, elles transportent les matériaux à
quelque 200 m, les déversent dans la cheminée d’évacuation et retournent au chantier pour un
nouveau chargement.
Le foudroyage par sous-niveaux est caractérisé par un schéma régulier et des opérations répétitives
(creusement de galeries, foration, chargement et bourrage de trous, tir de mines, chargement et
transport du minerai) réalisées de façon indépendante. L’exploitation se déroule en continu d’un
sous-niveau à l’autre, de sorte que les équipes et le matériel travaillent avec le maximum
d’efficacité. En fait, la mine est semblable à une usine organisée en secteurs. La méthode est
toutefois moins sélective que les autres et le taux d’extraction du minerai n’est pas des plus élevés.
Les matériaux foudroyés contiennent quelque 20 à 40% de stériles, et la perte de minerai peut
varier entre 15 et 25%.
L’exploitation par foudroyage de blocs
Le foudroyage de blocs est une méthode d’exploitation à grande échelle, qui convient aux massifs
de grandes dimensions dans chaque direction, d’un volume de l’ordre de 100 millions de tonnes et
aptes à la désagrégation (il faut que les tensions internes favorisent la désagrégation de la masse
après dépilage d’une tranche de minerai à la base du bloc). On peut extraire, d’une mine exploitée
par cette méthode, de 10 à 30 millions de tonnes de minerai par année. Les conditions d’application
de la méthode en limitent l’utilisation à quelques gisements dans le monde ; elle est utilisée
notamment dans quelques mines de cuivre, de fer, de molybdène et de diamant.
Le terme blocs se rapporte au découpage des unités d’exploitation. Le gisement, en effet, est
découpé en unités de grandes dimensions, les blocs, qui renferment chacun un volume de minerai
représentant plusieurs années de production. Le foudroyage est provoqué en pratiquant une saignée
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horizontale à la base du bloc. Des forces tectoniques naturelles considérables, semblables à celles
qui causent le déplacement des continents, créent dans le massif des tensions qui provoquent la
dislocation des blocs en fragments de taille permettant leur passage vers les points de soutirage.
Souvent, cependant, les mineurs doivent intervenir pour morceler les fragments trop gros.
L’exploitation par foudroyage de blocs nécessite une planification à long terme et des travaux
préparatoires importants, comprenant le traçage d’un réseau complexe de voies sous le bloc à
extraire. Les travaux varient d’une mine à une autre, mais comprennent généralement le souscavage du bloc, le découpage de la base en entonnoirs, le creusement de cheminées pour la
descente du minerai aux points de soutirage, l’installation de cribles pour retenir les fragments trop
gros et le chargement dans les berlines.
La base du bloc sous la saignée est découpée en entonnoirs pour conduire le minerai foudroyé vers
les cheminées dans lesquelles il descend par gravité au niveau de soutirage ; il est repris par des
chargeuses et transporté aux cheminées d’évacuation. Les fragments trop gros pour la benne des
chargeuses sont morcelés à l’explosif aux points de soutirage ; d’autres, moins gros, sont débités
sur les cribles. Ceux-ci, constitués d’un grillage de grosses barres parallèles, servent à retenir les
fragments de dimension excessive et sont d’un emploi courant dans les mines exploitées par blocs
foudroyés ; le morcellement se fait de plus en plus souvent par voie hydraulique.
Les excavations pratiquées dans une mine exploitée par blocs foudroyés sont soumises à de fortes
pressions du terrain. Aussi les puits et les galeries doivent-ils avoir la plus petite section praticable,
ce qui n’élimine pas pour autant la nécessité d’un boulonnage ou d’un gunitage pour assurer
l’intégrité du chantier.
Exécuté correctement, le foudroyage de blocs est une méthode peu coûteuse et productive. La
difficulté réside dans la prédiction du comportement du massif. De plus, l’envergure des travaux
préparatoires crée des délais importants avant le début de la production, délais qui peuvent avoir
un effet négatif sur les projections financières des investisseurs.
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L’exploitation par longues tailles
Les longues tailles conviennent aux gisements en couches de forme régulière, d’épaisseur réduite
et de grande extension horizontale (par exemple une veine de charbon, une couche de potasse ou
les «reefs», ces bancs de conglomérats aurifères exploités en Afrique du Sud). C’est l’une des
principales méthodes utilisées pour l’extraction du charbon. Le minerai est abattu par tranches sur
un front se déplaçant parallèlement à lui-même dans la veine. Une allée est maintenue ouverte au
front de taille, et on laisse le toit s’ébouler à l’arrière-taille à une distance sûre des mineurs et de
leur matériel.
Les travaux préparatoires comprennent le traçage des galeries d’accès aux chantiers et de
transport du minerai au puits d’extraction. La couche à exploiter étant d’épaisseur réduite
et de grande extension horizontale, il est généralement possible de l’exploiter par un réseau
assez simple de galeries. Les galeries de roulage sont tracées dans la couche même. La
distance entre deux galeries de roulage voisines détermine la longueur du front de taille.
Le remblayage
Le remblayage des chambres vides empêche la roche encaissante de s’effondrer. Il
conserve au massif rocheux sa stabilité intrinsèque, ce qui, d’une part, garantit la sécurité
des mineurs et, d’autre part, autorise une meilleure exploitation du gisement. Le
remblayage est surtout associé à l’exploitation par tranches montantes, mais il se pratique
aussi lorsque sont utilisés les sous-niveaux abattus ou l’abattage par charges concentrées.
La méthode traditionnelle consiste à déverser les déblais de traçage dans les chambres vides
plutôt que de les remonter à la surface. En exploitation par tranches montantes remblayées,
par exemple, la roche stérile est étendue dans la chambre vide au moyen de racleurs ou de
bulldozers.
En remblayage hydraulique, on utilise comme remblai les résidus de l’atelier de
concentration du minerai, qui sont amenés au fond par des trous forés garnis de plastique.
Les résidus sont d’abord décantés pour ne retenir que la fraction grossière, soit le sable, qui
est véhiculé en suspension dans l’eau, à une concentration d’environ 65% de sable. Un
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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liant hydraulique ajouté à la dernière coulée consolide la surface du remblai, qui forme
alors une aire de roulement assez lisse pour permettre la circulation des engins sur pneus.
En abattage par sous-niveaux et en exploitation rabattante par charges concentrées, les chambres
vides sont remblayées avec du sable et de la roche. La roche, extraite d’une carrière à proximité
de la mine, est concassée et criblée, puis amenée au fond par des cheminées spécialement prévues
à cette fin (les cheminées à remblai) et transportée aux chantiers par camions. Pour les chambres
primaires, un coulis de ciment et de cendres volantes est projeté sur le remblai avant sa mise en
place. Ce liant consolide le remblai, de sorte qu’il forme un pilier artificiel permettant
l’exploitation de chambres secondaires. Le remblai de ces chambres n’est généralement pas
consolidé, sauf les dernières couches qui servent de surface de roulement pour l’évacuation du
minerai.
Le matériel des exploitations souterraines
La mécanisation des mines souterraines progresse partout où les conditions le permettent. Les
engins sur pneus à moteur diesel, à quatre roues motrices articulées, sont d’un emploi courant dans
les chantiers du fond (voir figure 74.16).
Le jumbo pour les forages de développement
Cet engin est indispensable dans une mine ; il est utilisé pour tous les travaux de creusement en
massif rocheux. Il comporte des perforatrices hydrauliques montées sur un ou deux bras
orientables. Grâce à cet engin, un opérateur travaillant seul peut forer 60 trous de mine de 4 m de
profondeur en quelques heures.
L’appareil de foration au front
Cet engin (voir figure 11) fore des trous disposés en éventail dans les galeries d’exploitation,
couvrant une grande surface et permettant d’abattre un volume important de minerai. Il est utilisé
en abattage par sous-niveaux, en foudroyage de sous-niveaux, en foudroyage de blocs et en
exploitation rabattante par charges concentrées. Il est équipé d’une puissante perforatrice
hydraulique et d’un carrousel de rallonges, que l’opérateur commande à distance et en sécurité.
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Le roulage souterrain
Le minerai est transporté des chantiers d’abattage à une station de culbutage située à proximité du
puits d’extraction. Pour le transport sur de plus longues distances, des galeries de roulage spéciales
sont aménagées, souvent avec voies ferrées pour le transport par trains de berlines. Le roulage sur
rails avec locomotives électriques est plus efficace et moins polluant que les camions diesel ; il
permet de transporter de plus gros volumes de minerai sur de plus longues distances.
Le chargeur de trous de mine
Le chargeur de trous de mine est un complément indispensable du jumbo de foration. Il
comporte une plate-forme de service à commande hydraulique, un réservoir d’explosif
ANFO (nitrate d’ammonium et fioul) sous pression et un flexible de chargement, ce qui
permet à l’opérateur de charger une volée en très peu de temps. Des détonateurs Nonel de
mise à feu non électrique peuvent être mis en place en même temps, pour régler la
chronologie de la mise à feu.
La chargeuse
La chargeuse (voir Figure 5) est un véhicule à usages multiples, utilisé notamment pour
l’évacuation du minerai et la manutention des matériaux. Elle existe en diverses
dimensions, de sorte que les mineurs peuvent choisir le modèle le plus approprié à la
situation ou à la tâche à exécuter. Contrairement aux autres engins à moteur diesel utilisés
dans la mine, la chargeuse fonctionne le plus souvent à plein régime durant de longues
périodes, et cela sans interruption. C’est ainsi qu’elle produit des quantités importantes de
fumées et de gaz d’échappement. Le système d’aérage doit être capable de diluer et
d’extraire ces polluants, de manière à satisfaire aux normes de qualité de l’air dans les aires
de chargement.
La manutention du minerai
Des chantiers au puits d’extraction, le minerai passe par plusieurs postes où il subit des
manutentions diverses.
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Le racleur est un engin de déblayage constitué d’un godet traîné sur le sol qui prend les matériaux
abattus et les transporte à la cheminée d’évacuation. Le godet est mû par un système de tambours,
de câbles et de poulies. Le racleur ne nécessite aucune préparation du plancher ; il peut prendre le
minerai sur le tas tel qu’il est.
La chargeuse est un véhicule sur pneus à moteur diesel qui transporte une charge correspondant à
la capacité de sa benne, du tas à la cheminée d’évacuation.
La cheminée d’évacuation est une voie verticale ou fortement inclinée dans laquelle le minerai
descend par gravité. Plusieurs cheminées peuvent être aménagées côte à côte et reliées à la base
par une bande transporteuse collectrice, ce qui permet d’acheminer le minerai des niveaux
supérieurs vers un unique point de soutirage au niveau de roulage.
La cheminée d’évacuation est fermée à sa base par une trappe. En règle générale, elle débouche
juste au-dessus de la galerie de roulage, de sorte qu’à l’ouverture de la trappe le minerai tombe
directement dans les berlines.
A proximité du puits d’extraction se trouve une station de culbutage, où les berlines déversent leur
charge dans un silo de stockage. La station de culbutage est munie d’une grille qui retient les blocs
de dimension excessive. Ceux-ci sont débités aux explosifs ou par pression hydraulique. Un
concasseur primaire peut être installé en aval de la grille, pour réduire le calibre des matériaux. A
la base du silo à minerai se trouve une trémie doseuse qui assure automatiquement que le volume
et le poids de la charge qui sera déversée dans le skip ne dépassent pas la capacité de celui-ci, ni
celle du treuil d’extraction. Lorsque le skip, une benne élévatrice, arrive à la recette, le fond de la
trémie doseuse s’ouvre pour le remplir. Le skip chargé est remonté à la surface par le treuil
d’extraction, où il se vide par ouverture du fond dans une trémie de stockage. La manœuvre du
skip peut être commandée automatiquement, l’opération étant surveillée par télévision en circuit
fermé.
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Bibliography
Kampata, D. (2018). Exploitation minière pendant dix dernières années et son impact sur
le
développement.
Récupéré
sur
http://mines-rdc.cd/fr/wp-
content/uploads/documents/documents/Pr%C3%A9sentation%20du%20Coordo%
20Kampata%20%C3%A0%20KOLWEZI_2018.pdf?x57237
Terre. (2019, Octobre 17). Récupéré sur Wikipedia: https://fr.wikipedia.org/wiki/Terre
Contents
AVANT-PROPOS ........................................................................................................................................................ 1
CHAPITRE I. GENERALITES...................................................................................................................................... 2
Contribution des mines à la civilisation ..................................................................................................................................... 2
Terminologie ............................................................................................................................................................................. 5
Composition de la terre ........................................................................................................................................................... 10
Formation des roches ............................................................................................................................................................. 13
Progrès De La Technologie Dans Le Secteur Minier ............................................................................................................. 15
Étapes de la vie d'une mine .................................................................................................................................................... 19
Prospection et exploration .................................................................................................................................................... 19
Le développement et l'exploitation........................................................................................................................................ 19
La remise en état .................................................................................................................................................................. 19
Prospection ........................................................................................................................................................................... 21
Exploration ............................................................................................................................................................................ 21
Développement ....................................................................................................................................................................... 22
Exploitation ............................................................................................................................................................................ 23
Réclamation .......................................................................................................................................................................... 24
Opérations unitaires de l'industrie minière .............................................................................................................................. 26
Économie de les industries des minéraux .............................................................................................................................. 27
Production minérale ................................................................................................................................................................ 27
Economie minière ................................................................................................................................................................... 29
APPLICATIONS INFORMATIQUES ET USAGE ................................................................................................................... 33
THÈME SPÉCIAL : ANALYSE ÉCONOMIQUE d'un minéral ............................................................................................... 34
PROBLÈMES ........................................................................................................................................................................ 37
EXPLOITATION A CIEL OUVERT ............................................................................................................................ 37
LES TRAVAUX PREPARATOIRES........................................................................................................................................ 39
Le plan de la fosse finale ...................................................................................................................................................... 39
L’enlèvement des morts-terrains........................................................................................................................................... 40
Le choix des matériels d’exploitation .................................................................................................................................... 41
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Cours d’introduction à l’exploitation des mine
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Les méthodes classiques d’exploitation à ciel ouvert ........................................................................................................... 41
La production et le matériel ..................................................................................................................................................... 44
La foration et le tir de mines.................................................................................................................................................. 44
Le chargement ...................................................................................................................................................................... 44
Le transport ........................................................................................................................................................................... 45
La manutention continue ......................................................................................................................................................... 46
L’extraction par lixiviation ........................................................................................................................................................ 47
Les risques pour la sécurité et la santé .................................................................................................................................. 49
L’abattage hydraulique ............................................................................................................................................................ 49
L’impact de l’exploitation minière à ciel ouvert sur l’environnement ....................................................................................... 50
Les risques pour la sécurité et la santé .................................................................................................................................. 51
EXPLOITATION SOUTERRAINE .............................................................................................................................. 51
Les appareils et les systèmes de levage ................................................................................................................................ 55
Les sondages de reconnaissance .......................................................................................................................................... 56
Les travaux préparatoires ....................................................................................................................................................... 56
Le fonçage des puits ............................................................................................................................................................... 57
Le percement des galeries et des plans inclinés .................................................................................................................... 57
Le creusement des cheminées ............................................................................................................................................... 58
Le creusement manuel............................................................................................................................................................ 58
La plate-forme de montage ................................................................................................................................................... 59
La foreuse de cheminée ....................................................................................................................................................... 59
Les soutènements ................................................................................................................................................................... 59
Les méthodes d’exploitation souterraine ................................................................................................................................ 61
L’exploitation par chambres et piliers dans le cas de gisements horizontaux ou quasi horizontaux ..................................... 61
L’exploitation par chambres et piliers dans le cas de gisements pentus................................................................................ 62
L’exploitation par chambres-magasins ................................................................................................................................... 63
L’exploitation par tranches montantes remblayées ................................................................................................................ 64
La méthode par sous-niveaux foudroyés ................................................................................................................................ 69
L’exploitation par foudroyage de blocs ................................................................................................................................... 70
L’exploitation par longues tailles ............................................................................................................................................. 72
Le remblayage ........................................................................................................................................................................ 72
Le matériel des exploitations souterraines ............................................................................................................................. 73
Le jumbo pour les forages de développement...................................................................................................................... 73
L’appareil de foration au front ............................................................................................................................................... 73
Le roulage souterrain ............................................................................................................................................................ 74
Le chargeur de trous de mine ............................................................................................................................................... 74
La chargeuse ........................................................................................................................................................................ 74
La manutention du minerai ................................................................................................................................................... 74
Bibliography ............................................................................................................................................................... 76
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