La justification du choix d'une méthode d'extraction du charbon dépend de facteurs tels que la topographie, la géométrie de la couche de charbon, la géologie des roches sus-jacentes et les exigences ou contraintes environnementales. Toutefois, les facteurs économiques priment sur ceux-ci. Ils comprennent : la disponibilité, la qualité et les coûts de la main-d'œuvre requise (y compris la disponibilité de superviseurs et de gestionnaires formés) ; l'adéquation du logement, de l'alimentation et des installations récréatives pour les travailleurs (en particulier lorsque la mine est située à distance d'une communauté locale) ; la disponibilité de l'équipement et des machines nécessaires et des travailleurs formés pour les faire fonctionner ; la disponibilité et les coûts de transport pour les travailleurs, les fournitures nécessaires et pour acheminer le charbon jusqu'à l'utilisateur ou l'acheteur ; la disponibilité et le coût du capital nécessaire pour financer l'opération (en monnaie locale) ; et le marché du type particulier de charbon à extraire (c'est-à-dire le prix auquel il peut être vendu). Un facteur majeur est la taux de décapage, c'est-à-dire la quantité de mort-terrain à enlever proportionnellement à la quantité de charbon pouvant être extraite ; à mesure que celui-ci augmente, le coût de l'exploitation minière devient moins attractif. Un facteur important, en particulier dans l'exploitation minière à ciel ouvert, qui est malheureusement souvent négligé dans l'équation, est le coût de restauration du terrain et de l'environnement lorsque l'exploitation minière est fermée.

Santé et sécurité

Un autre facteur critique est le coût de la protection de la santé et de la sécurité des mineurs. Malheureusement, en particulier dans les opérations à petite échelle, au lieu d'être pesées pour décider si ou comment le charbon doit être extrait, les mesures de protection nécessaires sont souvent ignorées ou négligées.

En fait, bien qu'il y ait toujours des dangers insoupçonnés – ils peuvent provenir des éléments plutôt que des opérations minières – toute opération minière peut être sûre à condition que toutes les parties s'engagent à une opération sûre.

Mines de charbon à ciel ouvert

L'extraction à ciel ouvert du charbon est réalisée par une variété de méthodes en fonction de la topographie, de la zone dans laquelle l'extraction est entreprise et des facteurs environnementaux. Toutes les méthodes impliquent l'enlèvement des morts-terrains pour permettre l'extraction du charbon. Bien qu'elles soient généralement plus sûres que l'exploitation minière souterraine, les opérations de surface présentent certains dangers spécifiques qui doivent être pris en compte. L'utilisation d'équipements lourds, en plus des accidents, peut entraîner une exposition aux gaz d'échappement, au bruit et au contact avec du carburant, des lubrifiants et des solvants. Les conditions climatiques, comme les fortes pluies, la neige et le verglas, une mauvaise visibilité et une chaleur ou un froid excessif peuvent aggraver ces dangers. Lorsque le dynamitage est nécessaire pour briser des formations rocheuses, des précautions particulières dans le stockage, la manipulation et l'utilisation des explosifs sont nécessaires.

Les opérations de surface nécessitent l'utilisation d'énormes décharges de déchets pour stocker les produits de mort-terrain. Des contrôles appropriés doivent être mis en place pour prévenir les défaillances de la décharge et pour protéger les employés, le grand public et l'environnement.

L'exploitation minière souterraine

Il existe également une variété de méthodes pour l'exploitation minière souterraine. Leur dénominateur commun est la création de tunnels de la surface à la veine de charbon et l'utilisation de machines et/ou d'explosifs pour extraire le charbon. En plus de la fréquence élevée des accidents - l'extraction du charbon figure en tête de liste des lieux de travail dangereux partout où des statistiques sont maintenues - le potentiel d'un incident majeur entraînant plusieurs pertes de vie est toujours présent dans les opérations souterraines. Les deux principales causes de ces catastrophes sont les effondrements dus à une ingénierie défectueuse des tunnels et les explosions et incendies dus à l'accumulation de méthane et/ou à des niveaux inflammables de poussière de charbon en suspension dans l'air.

Méthane

Le méthane est hautement explosif dans des concentrations de 5 à 15 % et a été la cause de nombreuses catastrophes minières. Il est mieux contrôlé en fournissant un débit d'air adéquat pour diluer le gaz à un niveau inférieur à sa plage d'explosivité et pour l'évacuer rapidement des chantiers. Les niveaux de méthane doivent être surveillés en permanence et des règles doivent être établies pour arrêter les opérations lorsque sa concentration atteint 1 à 1.5 % et pour évacuer la mine rapidement si elle atteint des niveaux de 2 à 2.5 %.

Poussière de charbon

En plus de provoquer une maladie pulmonaire noire (anthracose) si elle est inhalée par les mineurs, la poussière de charbon est explosive lorsqu'elle est mélangée à l'air et enflammée. La poussière de charbon en suspension dans l'air peut être contrôlée par des pulvérisations d'eau et une ventilation par aspiration. Il peut être récupéré par filtration de l'air de recirculation ou il peut être neutralisé par l'ajout de poussière de roche en quantités suffisantes pour rendre inerte le mélange poussière de charbon/air.

Retour

Il existe des mines souterraines dans le monde entier présentant un kaléidoscope de méthodes et d'équipements. Il existe environ 650 mines souterraines, chacune avec une production annuelle supérieure à 150,000 90 tonnes, qui représentent 6,000 % de la production de minerai du monde occidental. De plus, on estime qu'il existe 150,000 XNUMX petites mines produisant chacune moins de XNUMX XNUMX tonnes. Chaque mine est unique avec un lieu de travail, des installations et des travaux souterrains dictés par les types de minéraux recherchés et l'emplacement et les formations géologiques, ainsi que par des considérations économiques telles que le marché du minéral particulier et la disponibilité des fonds pour l'investissement. Certaines mines sont en exploitation continue depuis plus d'un siècle alors que d'autres viennent tout juste de démarrer.

Les mines sont des endroits dangereux où la plupart des emplois impliquent un travail pénible. Les dangers auxquels sont confrontés les travailleurs vont des catastrophes telles que les effondrements, les explosions et les incendies aux accidents, à l'exposition à la poussière, au bruit, à la chaleur, etc. La protection de la santé et de la sécurité des travailleurs est une considération majeure dans les opérations minières correctement menées et, dans la plupart des pays, elle est requise par les lois et réglementations.

La mine souterraine

La mine souterraine est une usine située dans le socle rocheux à l'intérieur de la terre dans laquelle les mineurs travaillent pour récupérer les minéraux cachés dans la masse rocheuse. Ils forent, chargent et dynamitent pour accéder et récupérer le minerai, c'est-à-dire la roche contenant un mélange de minéraux dont au moins un peut être transformé en un produit qui peut être vendu avec profit. Le minerai est ramené à la surface pour être raffiné en un concentré de haute qualité.

Travailler à l'intérieur de la masse rocheuse en profondeur nécessite des infrastructures particulières : un réseau de puits, de tunnels et de chambres reliés à la surface et permettant le déplacement des ouvriers, des machines et de la roche à l'intérieur de la mine. Le puits est l'accès au sous-sol où des galeries latérales relient la station de puits aux chantiers de production. La rampe interne est une galerie inclinée qui relie des niveaux souterrains à différentes élévations (c'est-à-dire des profondeurs). Toutes les ouvertures souterraines nécessitent des services tels qu'une ventilation par aspiration et de l'air frais, de l'électricité, de l'eau et de l'air comprimé, des drains et des pompes pour recueillir les eaux souterraines qui s'infiltrent et un système de communication.

Installations et systèmes de levage

Le chevalement est un grand bâtiment qui identifie la mine en surface. Il se dresse directement au-dessus du puits, l'artère principale de la mine par laquelle les mineurs entrent et sortent de leur lieu de travail et par laquelle les fournitures et l'équipement sont descendus et le minerai et les déchets sont remontés à la surface. Les installations de puits et de treuils varient en fonction du besoin de capacité, de profondeur, etc. Chaque mine doit avoir au moins deux puits pour fournir une autre voie d'évacuation en cas d'urgence.

Le levage et le déplacement du puits sont régis par des règles strictes. L'équipement de levage (par exemple, enrouleur, freins et câble) est conçu avec de larges marges de sécurité et est vérifié à intervalles réguliers. L'intérieur de la gaine est régulièrement inspecté par des personnes debout sur le dessus de la cage, et des boutons d'arrêt à toutes les stations déclenchent le frein d'urgence.

Les portes devant le puits barricadent les ouvertures lorsque la cage n'est pas à la gare. Lorsque la cage arrive et s'arrête complètement, un signal autorise l'ouverture de la porte. Une fois que les mineurs sont entrés dans la cage et ont fermé la porte, un autre signal autorise la cage à monter ou descendre le puits. La pratique varie : les commandes de signalisation peuvent être données par un aide-cage ou, suivant les instructions affichées à chaque station de puits, les mineurs peuvent signaler eux-mêmes les destinations des puits. Les mineurs sont généralement tout à fait conscients des dangers potentiels liés à la conduite et au levage des puits et les accidents sont rares.

Forage au diamant

Un gisement minéral à l'intérieur de la roche doit être cartographié avant le début de l'exploitation minière. Il est nécessaire de savoir où se situe le gisement et de définir sa largeur, sa longueur et sa profondeur pour obtenir une vision tridimensionnelle du gisement.

Le forage au diamant sert à explorer un massif rocheux. Le forage peut être effectué à partir de la surface ou de la galerie dans la mine souterraine. Un foret serti de petits diamants coupe un noyau cylindrique qui est capturé dans la chaîne de tubes qui suit le foret. La carotte est récupérée et analysée pour découvrir ce qu'il y a dans la roche. Les échantillons de carottes sont inspectés et les portions minéralisées sont divisées et analysées pour la teneur en métal. De vastes programmes de forage sont nécessaires pour localiser les gisements minéraux; des trous sont forés à des intervalles horizontaux et verticaux pour identifier les dimensions du corps minéralisé (voir figure 1).

Figure 1. Modèle de forage, mine Garpenberg, une mine de plomb-zinc, Suède

Développement minier

Le développement minier implique les excavations nécessaires pour établir l'infrastructure nécessaire à la production des chantiers et pour préparer la continuité future des opérations. Les éléments courants, tous produits par la technique forage-dynamitage-excavation, comprennent des galeries horizontales, des rampes inclinées et des monteries verticales ou inclinées.

Fonçage de puits

Le fonçage du puits implique l'excavation de la roche vers le bas et est généralement confié à des entrepreneurs plutôt que d'être effectué par le personnel de la mine. Cela nécessite des travailleurs expérimentés et des équipements spéciaux, tels qu'un chevalement de fonçage de puits, un treuil spécial avec un grand seau suspendu à la corde et un dispositif de nettoyage de puits à grappin à cactus.

L'équipe chargée du fonçage du puits est exposée à divers risques. Ils travaillent au fond d'une profonde excavation verticale. Les gens, le matériel et la roche abattue doivent tous partager le grand seau. Les personnes au fond du puits n'ont aucun endroit où se cacher des chutes d'objets. De toute évidence, le fonçage de puits n'est pas un travail pour les inexpérimentés.

Dérive et ramping

Une galerie est un tunnel d'accès horizontal utilisé pour le transport de roches et de minerais. L'excavation de la galerie est une activité de routine dans le développement de la mine. Dans les mines mécanisées, des jumbos de forage électrohydrauliques à deux flèches sont utilisés pour le forage frontal. Les profils de dérive typiques sont de 16.0 m² en coupe et le front est foré à une profondeur de 4.0 m. Les trous sont chargés pneumatiquement avec un explosif, généralement du mazout de nitrate d'ammonium en vrac (ANFO), à partir d'un camion de chargement spécial. Des détonateurs non électriques à court retard (Nonel) sont utilisés.

Le déblayage est effectué avec des véhicules LHD (chargement-transport-déchargement) (voir figure 2) avec une capacité de godet d'environ 3.0 m³. Le fumier est transporté directement vers le système de cheminée à minerai et transféré dans un camion pour des trajets plus longs. Les rampes sont des passages reliant un ou plusieurs niveaux à des pentes allant de 1:7 à 1:10 (une pente très raide par rapport aux routes normales) qui offrent une traction adéquate pour les équipements lourds et automoteurs. Les rampes sont souvent entraînées dans une spirale ascendante ou descendante, semblable à un escalier en colimaçon. L'excavation de la rampe est une routine dans le calendrier de développement de la mine et utilise le même équipement que la galerie.

Figure 2. Chargeur LHD

Atlas Copco

Élevage

Une monterie est une ouverture verticale ou fortement inclinée qui relie différents niveaux de la mine. Il peut servir d'échelle d'accès aux chantiers, de cheminée à minerai ou de passage d'air dans le système de ventilation de la mine. L'élevage est un travail difficile et dangereux, mais nécessaire. Les méthodes d'élévation varient du simple forage et dynamitage manuels à l'excavation mécanique de la roche avec des foreuses ascendantes (RBM) (voir figure 3).

Figure 3. Méthodes d'élevage

Relevage manuel

L'élevage manuel est un travail difficile, dangereux et physiquement exigeant qui met à l'épreuve l'agilité, la force et l'endurance du mineur. C'est un travail à confier uniquement à des mineurs expérimentés en bonne condition physique. En règle générale, la section de monterie est divisée en deux compartiments par un mur en bois. L'un est maintenu ouvert pour l'échelle utilisée pour grimper au front, les tuyaux d'air, etc. L'autre se remplit de roche provenant du dynamitage que le mineur utilise comme plate-forme lors du forage du tour. La séparation en bois est prolongée après chaque tour. Le travail comprend l'escalade d'échelles, le boisage, le forage de roches et le dynamitage, le tout effectué dans un espace exigu et mal ventilé. Tout est exécuté par un seul mineur, car il n'y a pas de place pour un assistant. Les mines recherchent des alternatives aux méthodes d'élevage manuelles dangereuses et laborieuses.

Le grimpeur de relance

Le grimpeur d'élévation est un véhicule qui évite l'escalade d'échelle et une grande partie de la difficulté de la méthode manuelle. Ce véhicule monte la monterie sur un rail de guidage boulonné à la roche et fournit une plate-forme de travail robuste lorsque le mineur fore la ronde au-dessus. Des montées très élevées peuvent être creusées avec le grimpeur de montée avec une sécurité bien améliorée par rapport à la méthode manuelle. L'élévation de l'excavation reste cependant un travail très dangereux.

La foreuse ascendante

Le RBM est une machine puissante qui brise mécaniquement la roche (voir figure 4). Il est érigé au-dessus de la monterie prévue et un trou pilote d'environ 300 mm de diamètre est foré pour percer à une cible de niveau inférieur. Le foret pilote est remplacé par une tête d'alésage avec le diamètre de la montée prévue et le RBM est mis en marche arrière, en tournant et en tirant la tête d'alésage vers le haut pour créer une montée circulaire pleine grandeur.

Figure 4. Monter la foreuse

Atlas Copco

Contrôle au sol

Le contrôle au sol est un concept important pour les personnes travaillant à l'intérieur d'une masse rocheuse. Il est particulièrement important dans les mines mécanisées utilisant des équipements sur pneus où les ouvertures de galerie sont de 25.0 m² en section, contrairement aux mines à galeries ferroviaires où elles ne mesurent généralement que 10.0 m². Le toit à 5.0 m est trop haut pour qu'un mineur utilise une barre d'échelle pour vérifier les chutes de pierres potentielles.

Différentes mesures sont utilisées pour sécuriser le toit dans les ouvertures souterraines. Dans le dynamitage en douceur, les trous de contour sont forés étroitement ensemble et chargés avec un explosif à faible résistance. Le dynamitage produit un contour lisse sans fracturer la roche extérieure.

Néanmoins, comme il y a souvent des fissures dans la masse rocheuse qui n'apparaissent pas à la surface, les chutes de pierres sont un danger omniprésent. Le risque est réduit par le boulonnage, c'est-à-dire l'insertion de tiges d'acier dans les trous de forage et leur fixation. Le boulon d'ancrage maintient la masse rocheuse ensemble, empêche les fissures de se propager, aide à stabiliser la masse rocheuse et rend l'environnement souterrain plus sûr.

Méthodes d'exploitation minière souterraine

Le choix de la méthode d'extraction est influencé par la forme et la taille du gisement de minerai, la valeur des minéraux contenus, la composition, la stabilité et la résistance de la masse rocheuse et les exigences de rendement de production et de conditions de travail sûres (qui sont parfois en conflit ). Alors que les méthodes d'exploitation minière ont évolué depuis l'Antiquité, cet article se concentre sur celles utilisées dans les mines semi-mécanisées à entièrement mécanisées à la fin du XXe siècle. Chaque mine est unique, mais elles partagent toutes les objectifs d'un lieu de travail sûr et d'une exploitation commerciale rentable.

Exploitation minière à chambres et piliers plats

L'exploitation par chambres et piliers s'applique aux minéralisations tabulaires à pendage horizontal à modéré à un angle n'excédant pas 20° (voir figure 5). Les gisements sont souvent d'origine sédimentaire et la roche est souvent à la fois en éponte supérieure et en minéralisation compétente (un concept relatif ici car les mineurs ont la possibilité d'installer des boulons d'ancrage pour renforcer le toit là où sa stabilité est mise en doute). La chambre et le pilier sont l'une des principales méthodes souterraines d'extraction du charbon.

Figure 5. Exploitation par chambres et piliers d'un corps minéralisé plat

La chambre et pilier extrait un corps minéralisé par forage horizontal avançant le long d'un front à plusieurs faces, formant des chambres vides derrière le front producteur. Des piliers, des sections de roche, sont laissés entre les pièces pour empêcher le toit de s'effondrer. Le résultat habituel est un motif régulier de chambres et de piliers, leur taille relative représentant un compromis entre le maintien de la stabilité de la masse rocheuse et l'extraction d'un maximum de minerai. Cela implique une analyse minutieuse de la résistance des piliers, de la capacité de portée des strates du toit et d'autres facteurs. Les boulons à roche sont couramment utilisés pour augmenter la résistance de la roche dans les piliers. Les chantiers épuisés servent de voies de circulation aux camions transportant le minerai vers le silo de stockage de la mine.

La face du chantier en chambres et piliers est forée et dynamitée comme dans le cas d'une galerie. La largeur et la hauteur du chantier correspondent à la taille de la galerie, qui peut être assez grande. Les gros jumbos de forage productifs sont utilisés dans les mines de hauteur normale; les plates-formes compactes sont utilisées lorsque le minerai a moins de 3.0 m d'épaisseur. Le corps minéralisé épais est extrait par étapes en partant du haut afin que le toit puisse être fixé à une hauteur pratique pour les mineurs. La section du dessous est récupérée en tranches horizontales, par forage de trous plats et dynamitage contre l'espace au-dessus. Le minerai est chargé sur des camions au front de taille. Normalement, des chargeurs frontaux et des camions à benne basculante réguliers sont utilisés. Pour la mine de faible hauteur, des camions miniers spéciaux et des véhicules LHD sont disponibles.

La chambre et le pilier est une méthode d'exploitation minière efficace. La sécurité dépend de la hauteur des pièces ouvertes et des normes de contrôle au sol. Les principaux risques sont les accidents dus aux chutes de pierres et aux engins en mouvement.

Exploitation minière à chambres et piliers inclinés

La chambre et le pilier inclinés s'appliquent à la minéralisation tabulaire avec un angle ou un pendage de 15° et 30° par rapport à l'horizontale. C'est un angle trop raide pour que les véhicules sur pneus puissent grimper et trop plat pour un écoulement de roche assisté par gravité.

L'approche traditionnelle du corps minéralisé incliné repose sur le travail manuel. Les mineurs forent des trous de mine dans les chantiers à l'aide de marteaux perforateurs portatifs. Le chantier est nettoyé avec des grattoirs à boue.

Le chantier incliné est un endroit difficile à travailler. Les mineurs doivent gravir les tas escarpés de roche dynamitée emportant avec eux leurs marteaux perforateurs, la poulie de dragage et les fils d'acier. Aux chutes de pierres et aux accidents s'ajoutent les dangers du bruit, de la poussière, d'une ventilation insuffisante et de la chaleur.

Là où les gisements de minerai inclinés sont adaptables à la mécanisation, «l'exploitation minière en escalier» est utilisée. Ceci est basé sur la conversion du mur de pied «à pendage difficile» en un «escalier» avec des marches à un angle pratique pour les machines sans rail. Les marches sont produites par un motif en losange de chantiers et de voies de roulage à l'angle sélectionné à travers le corps minéralisé.

L'extraction du minerai débute par des forages horizontaux, partant d'une galerie combinée d'accès et de transport. Le chantier initial est horizontal et suit l'éponte supérieure. Le chantier suivant commence un peu plus bas et suit le même parcours. Cette procédure est répétée en descendant pour créer une série d'étapes pour extraire le corps minéralisé.

Des sections de la minéralisation sont laissées pour soutenir l'éponte supérieure. Cela se fait en minant deux ou trois galeries de chantier adjacentes sur toute leur longueur, puis en commençant la galerie de chantier suivante d'un cran plus bas, en laissant un pilier allongé entre eux. Des sections de ce pilier peuvent ensuite être récupérées sous forme de déblais qui sont forés et dynamités à partir du chantier en dessous.

L'équipement moderne sans chenilles s'adapte bien à l'exploitation minière en escalier. L'abattage peut être entièrement mécanisé à l'aide d'un équipement mobile standard. Le minerai dynamité est recueilli dans les chantiers par les véhicules LHD et transféré dans un camion minier pour être transporté vers le puits/la cheminée à minerai. Si le chantier n'est pas assez haut pour le chargement des camions, les camions peuvent être remplis dans des quais de chargement spéciaux creusés dans le chemin de roulage.

Arrêt de retrait

L'abattage par retrait peut être qualifié de méthode d'exploitation minière « classique », ayant été peut-être la méthode d'exploitation minière la plus populaire pendant la majeure partie du siècle dernier. Il a été largement remplacé par des méthodes mécanisées, mais est toujours utilisé dans de nombreuses petites mines à travers le monde. Elle s'applique aux gîtes minéraux à limites régulières et à fort pendage encaissés dans un massif rocheux compétent. De plus, le minerai dynamité ne doit pas être affecté par le stockage dans les pentes (par exemple, les minerais sulfurés ont tendance à s'oxyder et à se décomposer lorsqu'ils sont exposés à l'air).

Sa caractéristique la plus importante est l'utilisation de l'écoulement par gravité pour la manutention du minerai : le minerai des chantiers tombe directement dans les wagons via des goulottes évitant le chargement manuel, traditionnellement le travail le plus courant et le moins apprécié dans l'exploitation minière. Jusqu'à l'apparition de la pelle pneumatique à bascule dans les années 1950, il n'existait aucune machine adaptée au chargement de roche dans les mines souterraines.

L'abattage par retrait extrait le minerai en tranches horizontales, en commençant par le fond du chantier et en remontant. La majeure partie de la roche dynamitée reste dans le chantier, fournissant une plate-forme de travail pour le mineur forant des trous dans le toit et servant à maintenir la stabilité des parois du chantier. Comme le dynamitage augmente le volume de la roche d'environ 60 %, environ 40 % du minerai est puisé au fond lors de l'abattage afin de maintenir un espace de travail entre le haut de la halde et le toit. Le minerai restant est soutiré après que le dynamitage ait atteint la limite supérieure du chantier.

La nécessité de travailler à partir du haut du fumier et l'accès par échelle surélevée empêchent l'utilisation d'équipements mécanisés dans le chantier. Seul un équipement suffisamment léger pour que le mineur puisse le manipuler seul peut être utilisé. La perceuse à pied pneumatique et à roche, d'un poids combiné de 45 kg, est l'outil habituel pour forer le chantier de retrait. Debout sur le tas de déblais, le mineur ramasse la perceuse/l'alimentation, ancre la jambe, appuie la perceuse à roche/l'acier de forage contre le toit et commence à forer ; ce n'est pas un travail facile.

Exploitation minière par coupe et remblai

L'exploitation minière par coupe et remblai convient à un gisement minéral à fort pendage contenu dans une masse rocheuse avec une stabilité bonne à modérée. Il enlève le minerai en tranches horizontales à partir d'une coupe de fond et avance vers le haut, permettant d'ajuster les limites du chantier pour suivre une minéralisation irrégulière. Cela permet aux sections à haute teneur d'être extraites de manière sélective, laissant le minerai à faible teneur en place.

Une fois le chantier déblayé, l'espace extrait est remblayé pour former une plate-forme de travail lorsque la tranche suivante est extraite et pour ajouter de la stabilité aux parois du chantier.

L'aménagement pour l'exploitation minière par coupe et remblai dans un environnement sans voie comprend un chemin de roulage de l'éponte le long du corps minéralisé au niveau principal, une contre-dépouille du chantier munie de drains pour le remblai hydraulique, une rampe en spirale creusée dans l'éponte avec des aiguillages d'accès à les chantiers et une monterie du chantier au niveau supérieur pour la ventilation et le transport du remblai.

Arrêt en pronation est utilisé avec du déblai et du remblai, avec à la fois de la roche sèche et du sable hydraulique comme matériau de remblai. Au-dessus signifie que le minerai est foré par le bas en dynamitant une tranche de 3.0 m à 4.0 m d'épaisseur. Cela permet de forer toute la zone du chantier et de dynamiter tout le chantier sans interruption. Les trous «supérieurs» sont percés avec de simples forets de chariot.

Le forage et le dynamitage en profondeur laissent une surface rocheuse rugueuse pour le toit ; après curage, sa hauteur sera d'environ 7.0 m. Avant que les mineurs ne soient autorisés à entrer dans la zone, le toit doit être sécurisé en ajustant les contours du toit avec un dynamitage en douceur et un écaillage ultérieur de la roche meuble. Cela est fait par les mineurs à l'aide de foreuses à main travaillant à partir du tas de déblais.

In arrêt avant, un équipement sans rail est utilisé pour la production de minerai. Les résidus de sable sont utilisés pour le remblai et distribués dans les chantiers souterrains via des tuyaux en plastique. Les chantiers sont remplis presque complètement, créant une surface suffisamment dure pour être traversée par des équipements sur pneus. La production des chantiers est entièrement mécanisée avec des jumbos dérivants et des véhicules LHD. La face du chantier est un mur vertical de 5.0 m à travers le chantier avec une fente ouverte de 0.5 m en dessous. Des trous horizontaux de cinq mètres de long sont forés dans le front et le minerai est dynamité contre la fente inférieure ouverte.

Le tonnage produit par un sautage unique dépend de la surface du front de taille et n'est pas comparable à celui produit par le sautage de chantier en surplomb. Cependant, le rendement de l'équipement sans rail est largement supérieur à la méthode manuelle, tandis que le contrôle du toit peut être effectué par le jumbo de forage qui fore des trous de dynamitage en douceur avec le dynamitage du chantier. Équipé d'un godet surdimensionné et de gros pneus, le véhicule LHD, outil polyvalent pour le déblayage et le transport, se déplace facilement sur la surface de remblai. Dans un chantier à double face, le jumbo de forage l'engage d'un côté tandis que le LHD gère le tas de déblais à l'autre extrémité, permettant une utilisation efficace de l'équipement et améliorant le rendement de production.

Arrêt de sous-niveau enlève le minerai dans les chantiers ouverts. Le remblayage des chantiers avec du remblai consolidé après l'exploitation permet aux mineurs de revenir plus tard pour récupérer les piliers entre les chantiers, permettant un taux de récupération très élevé du gisement minéral.

Le développement pour l'abattage de sous-niveaux est étendu et complexe. Le corps minéralisé est divisé en sections d'une hauteur verticale d'environ 100 m dans lesquelles des sous-niveaux sont préparés et reliés par une rampe inclinée. Les sections du corps minéralisé sont en outre divisées latéralement en chantiers et piliers alternés et une conduite de roulage du courrier est créée dans le mur, au fond, avec des découpes pour le chargement au point de soutirage.

Une fois épuisé, le chantier de sous-niveau sera une ouverture rectangulaire à travers le corps minéralisé. Le fond du chantier est en forme de V pour canaliser le matériau dynamité dans les points de soutirage. Des galeries de forage pour la plate-forme long trou sont préparées sur les sous-niveaux supérieurs (voir figure 6).

Figure 6. Abattage de sous-niveaux utilisant le forage annulaire et le chargement transversal

Le dynamitage nécessite de l'espace pour que la roche prenne de l'expansion. Cela nécessite qu'une fente de quelques mètres de large soit préparée avant le début du minage en longs trous. Ceci est accompli en élargissant une monterie du bas vers le haut du chantier jusqu'à une fente complète.

Après l'ouverture de la fente, l'engin long trou (voir figure 7) commence le forage de production dans les galeries de sous-niveaux en suivant précisément un plan détaillé conçu par des experts en dynamitage qui spécifie tous les trous de mine, la position du colletage, la profondeur et la direction des trous. La foreuse continue de forer jusqu'à ce que tous les anneaux d'un même niveau soient terminés. Il est ensuite transféré au sous-niveau suivant pour poursuivre le forage. Pendant ce temps, les trous sont chargés et un modèle de dynamitage qui couvre une grande surface à l'intérieur du chantier brise un grand volume de minerai en un seul dynamitage. Le minerai dynamité tombe au fond du chantier pour être récupéré par les véhicules LHD déblayant le point de soutirage sous le chantier. Normalement, le forage long trou précède le chargement et le dynamitage, fournissant une réserve de minerai prêt à exploser, permettant ainsi un calendrier de production efficace.

Figure 7. Appareil de forage long trou

Atlas Copco

L'abattage de sous-niveaux est une méthode d'exploitation minière productive. L'efficacité est améliorée par la possibilité d'utiliser des plates-formes productives entièrement mécanisées pour le forage long trou, ainsi que par le fait que la plate-forme peut être utilisée en continu. Il est également relativement sûr car le forage à l'intérieur des galeries de sous-niveaux et le déblaiement à travers les points de soutirage éliminent l'exposition aux chutes de pierres potentielles.

Extraction de recul de cratère vertical

Tout comme l'abattage de sous-niveaux et l'abattage par retrait, l'exploitation minière par retraitement de cratère vertical (VCR) s'applique à la minéralisation dans des strates à fort pendage. Cependant, il utilise une technique de dynamitage différente brisant la roche avec des charges lourdes et concentrées placées dans des trous ("cratères") de très grand diamètre (environ 165 mm) à environ 3 m d'une surface rocheuse libre. Le dynamitage brise une ouverture en forme de cône dans la masse rocheuse autour du trou et permet au matériau dynamité de rester dans le chantier pendant la phase de production afin que le remblai rocheux puisse aider à soutenir les parois du chantier. Le besoin de stabilité de la roche est moindre que dans l'abattage de sous-niveaux.

Le développement pour l'exploitation minière VCR est similaire à celui de l'abattage de sous-niveaux, sauf qu'il nécessite à la fois des excavations sur-coupées et sous-coupées. La surcoupe est nécessaire dans la première étape pour accueillir la plate-forme de forage des trous de mine de grand diamètre et pour l'accès lors du chargement des trous et du dynamitage. L'excavation en contre-dépouille a fourni la surface libre nécessaire au dynamitage VCR. Il peut également permettre l'accès d'un véhicule LHD (commandé à distance avec l'opérateur restant à l'extérieur du chantier) pour récupérer le minerai dynamité à partir des points de soutirage sous le chantier.

Le dynamitage VCR habituel utilise des trous dans un modèle de 4.0 × 4.0 m dirigés verticalement ou fortement inclinés avec des charges soigneusement placées à des distances calculées pour libérer la surface en dessous. Les charges coopèrent pour rompre une tranche de minerai horizontale d'environ 3.0 m d'épaisseur. La roche dynamitée tombe dans le chantier en dessous. En contrôlant le taux de déblayage, le chantier demeure partiellement rempli de sorte que le remblai rocheux aide à stabiliser les parois du chantier pendant la phase de production. Le dernier tir brise la surcoupe dans le chantier, après quoi le chantier est déblayé et préparé pour le remblayage.

Les mines VCR utilisent souvent un système de chantiers primaires et secondaires au corps minéralisé. Les chantiers primaires sont exploités dans un premier temps, puis remblayés avec du remblai cimenté. Le chantier est laissé pour que le remblai se consolide. Les mineurs reviennent ensuite récupérer le minerai dans les piliers entre les chantiers primaires, les chantiers secondaires. Ce système, combiné au remblai cimenté, permet de récupérer près de 100 % des réserves de minerai.

Spéléologie de sous-niveau

La spéléologie de sous-niveau s'applique aux gisements minéraux avec un pendage abrupt à modéré et une grande extension en profondeur. Le minerai doit se fracturer en bloc gérable avec dynamitage. L'éponte supérieure s'effondrera après l'extraction du minerai et le sol à la surface au-dessus du corps minéralisé s'affaissera. (Il doit être barricadé pour empêcher toute personne d'entrer dans la zone.)

La spéléologie de sous-niveau est basée sur l'écoulement par gravité à l'intérieur d'une masse rocheuse fragmentée contenant à la fois du minerai et de la roche. La masse rocheuse est d'abord fracturée par forage et dynamitage, puis creusée par des galeries sous la grotte de la masse rocheuse. Il s'agit d'une méthode d'extraction sûre car les mineurs travaillent toujours à l'intérieur d'ouvertures de la taille d'une galerie.

Le foudroyage des sous-niveaux dépend des sous-niveaux avec des modèles réguliers de galeries préparées à l'intérieur du corps minéralisé à des espacements verticaux assez rapprochés (de 10.0 m à 20 0 m). La disposition des galeries est la même à chaque sous-niveau (c.-à-d. des galeries parallèles à travers le corps minéralisé depuis la galerie de transport de l'éponte inférieure jusqu'à l'éponte supérieure), mais les modèles à chaque sous-niveau sont légèrement décalés de sorte que les galeries d'un niveau inférieur sont situées entre le dérive sur le sous-niveau supérieur. Une coupe transversale montrera un motif en losange avec des dérives à espacement vertical et horizontal régulier. Ainsi, le développement de la spéléologie des sous-niveaux est important. L'excavation de galeries, cependant, est une tâche simple qui peut facilement être mécanisée. Travailler sur plusieurs caps de dérive sur plusieurs sous-niveaux favorise une forte utilisation des équipements.

Lorsque le développement du sous-niveau est terminé, la foreuse à long trou se déplace pour forer des trous de mine en éventail dans la roche au-dessus. Lorsque tous les trous de mine sont prêts, la foreuse long trou est déplacée vers le sous-niveau inférieur.

L'explosion en long trou fracture la masse rocheuse au-dessus de la galerie du sous-niveau, initiant une cavité qui commence au contact du mur suspendu et se retire vers le mur suivant un front droit à travers le corps minéralisé au sous-niveau. Une section verticale montrerait un escalier où chaque sous-niveau supérieur a une longueur d'avance sur le sous-niveau inférieur.

L'explosion remplit le front du sous-niveau d'un mélange de minerai et de stérile. Lorsque le véhicule LHD arrive, la grotte contient 100 % de minerai. Au fur et à mesure que le chargement se poursuivra, la proportion de stériles augmentera progressivement jusqu'à ce que l'exploitant décide que la dilution des déchets est trop élevée et arrête le chargement. Alors que le chargeur se déplace vers la galerie suivante pour continuer le déblayage, le boutefeu entre pour préparer le prochain cercle de trous pour le dynamitage.

Le nettoyage des sous-niveaux est une application idéale pour le véhicule LHD. Disponible en différentes tailles pour répondre à des situations particulières, il remplit le godet, parcourt environ 200 m, vide le godet dans la cheminée à minerai et revient pour un autre chargement.

Le foudroyage de sous-niveaux présente une disposition schématique avec des procédures de travail répétitives (dérive de développement, forage long trou, chargement et dynamitage, chargement et transport) qui sont effectuées de manière indépendante. Cela permet aux procédures de se déplacer en continu d'un sous-niveau à un autre, permettant l'utilisation la plus efficace des équipes de travail et de l'équipement. En effet la mine est analogue à une usine départementalisée. L'extraction de sous-niveau, cependant, étant moins sélective que d'autres méthodes, ne donne pas des taux d'extraction particulièrement efficaces. La grotte comprend environ 20 à 40 % de déchets avec une perte de minerai qui varie de 15 à 25 %.

Bloc-foudre

Le foudroyage est une méthode à grande échelle applicable à des minéralisations de l'ordre de 100 millions de tonnes dans toutes les directions contenues dans des massifs rocheux aptes au foudroiement (c'est-à-dire avec des contraintes internes qui, après élimination des éléments de support dans le massif rocheux, favorisent la fracturation du bloc miné). Une production annuelle allant de 10 à 30 millions de tonnes est le rendement attendu. Ces exigences limitent le foudroyage à quelques gisements minéraux spécifiques. Partout dans le monde, il existe des mines par blocs foudroyés exploitant des gisements contenant du cuivre, du fer, du molybdène et des diamants.

Block fait référence à la disposition de l'exploitation minière. Le corps minéralisé est divisé en grandes sections, blocs, contenant chacun un tonnage suffisant pour de nombreuses années de production. L'éboulement est induit en supprimant la force de support de la masse rocheuse directement sous le bloc au moyen d'une contre-dépouille, une section de roche de 15 m de haut fracturée par le forage de longs trous et le dynamitage. Les contraintes créées par des forces tectoniques naturelles d'une ampleur considérable, similaires à celles qui provoquent des mouvements continentaux, créent des fissures dans la masse rocheuse, brisant les blocs, espérons-le pour passer les ouvertures des points de puisage dans la mine. La nature, cependant, a souvent besoin de l'aide de mineurs pour manipuler des rochers surdimensionnés.

La préparation au foudroyage nécessite une planification à long terme et un développement initial important impliquant un système complexe d'excavations sous le bloc. Celles-ci varient selon le site ; ils comprennent généralement des contre-dépouilles, des cloches à tirer, des grizzlis pour le contrôle des passages de roche et de minerai surdimensionnés qui canalisent le minerai dans le chargement du train.

Les cloches de tirage sont des ouvertures coniques creusées sous la contre-dépouille qui recueillent le minerai d'une grande surface et l'acheminent vers le point de tirage au niveau de production en dessous. Ici, le minerai est récupéré dans des véhicules LHD et transféré vers des cheminées à minerai. Les rochers trop gros pour le seau sont dynamités dans les points de tirage, tandis que les plus petits sont traités sur le grizzly. Les grizzlis, ensembles de barres parallèles pour cribler les matériaux grossiers, sont couramment utilisés dans les mines par foudroiement, bien que, de plus en plus, les concasseurs hydrauliques soient préférés.

Les ouvertures d'une mine par foudroiement sont soumises à une pression rocheuse élevée. Les galeries et autres ouvertures sont donc creusées avec la plus petite section possible. Néanmoins, un important boulonnage dans la roche et un revêtement en béton sont nécessaires pour garder les ouvertures intactes.

Correctement appliqué, le foudroyage par blocs est une méthode d'extraction de masse peu coûteuse et productive. Cependant, la susceptibilité d'une masse rocheuse à la spéléologie n'est pas toujours prévisible. De plus, le développement complet requis entraîne un long délai avant que la mine ne commence à produire : le retard des bénéfices peut avoir une influence négative sur les projections financières utilisées pour justifier l'investissement.

Exploitation minière de longue taille

L'exploitation minière par longue taille s'applique aux gisements lités de forme uniforme, d'épaisseur limitée et de grande extension horizontale (par exemple, un filon de charbon, une couche de potasse ou le récif, le lit de galets de quartz exploité par les mines d'or en Afrique du Sud). C'est l'une des principales méthodes d'extraction du charbon. Il récupère le minéral en tranches le long d'une ligne droite qui se répètent pour récupérer les matériaux sur une plus grande surface. L'espace le plus proche du front est maintenu ouvert tandis que le mur suspendu est autorisé à s'effondrer à une distance de sécurité derrière les mineurs et leur équipement.

La préparation à l'exploitation par longue taille implique le réseau de galeries nécessaires à l'accès à la zone minière et au transport du produit extrait jusqu'au puits. Comme la minéralisation se présente sous la forme d'une nappe qui s'étend sur une large zone, les galeries peuvent généralement être disposées en réseau schématique. Les dérives de roulage sont préparées dans la couture elle-même. La distance entre deux galeries de halage adjacentes détermine la longueur du front de taille.

Remblayage

Le remblayage des chantiers miniers empêche la roche de s'effondrer. Il préserve la stabilité inhérente du massif rocheux ce qui favorise la sécurité et permet une extraction plus complète du minerai recherché. Le remblayage est traditionnellement utilisé avec la coupe et le remblai, mais il est également courant avec l'abattage de sous-niveaux et l'exploitation minière VCR.

Traditionnellement, les mineurs ont déversé les stériles issus du développement dans des chantiers vides au lieu de les remonter à la surface. Par exemple, en coupe-remblai, les stériles sont répartis sur le chantier vide par des grattoirs ou des bulldozers.

Remblai hydraulique utilise les résidus de l'usine de traitement de la mine qui sont distribués sous terre par des trous de forage et des tubes en plastique. Les résidus sont d'abord déschlammés, seule la fraction grossière servant au remplissage. Le remblai est un mélange de sable et d'eau, dont environ 65 % sont des matières solides. En mélangeant du ciment dans la dernière coulée, la surface du remblai durcira en une plate-forme lisse pour les équipements sur pneus.

Le remblayage est également utilisé avec l'abattage de sous-niveaux et l'exploitation minière VCR, avec de la roche concassée introduite en complément du remblai de sable. La roche concassée et tamisée, produite dans une carrière voisine, est acheminée sous terre par des monteries de remblai spéciales où elle est chargée sur des camions et livrée aux chantiers où elle est déversée dans des monteries de remblai spéciales. Les chantiers primaires sont remblayés avec un remblai rocheux cimenté produit en pulvérisant une suspension de ciment et de cendres volantes sur le remblai rocheux avant qu'il ne soit distribué aux chantiers. L'enrochement cimenté durcit en une masse solide formant un pilier artificiel pour l'exploitation du chantier secondaire. Le coulis de ciment n'est généralement pas requis lorsque les chantiers secondaires sont remblayés, sauf pour les dernières coulées pour établir un plancher de déblayage ferme.

Équipement pour l'exploitation minière souterraine

L'exploitation minière souterraine devient de plus en plus mécanisée là où les circonstances le permettent. Le porteur articulé à direction articulée sur pneus, à moteur diesel et à quatre roues motrices est commun à toutes les machines souterraines mobiles (voir figure 8).

Figure 8. Rig facial de petite taille

Atlas Copco

Foret à surfacer jumbo pour le forage de développement

C'est un cheval de trait indispensable dans les mines qui est utilisé pour tous les travaux d'excavation de roche. Il transporte une ou deux flèches avec des marteaux perforateurs hydrauliques. Avec un ouvrier au panneau de commande, il complétera un modèle de 60 trous de mine de 4.0 m de profondeur en quelques heures.

Foreuse de production long trou

Cette foreuse (voir figure 7) perce des trous de mine dans une propagation radiale autour de la galerie qui couvrent une grande surface de roche et cassent de grands volumes de minerai. perceuse hydraulique puissante et stockage de carrousel pour les tiges d'extension, l'opérateur utilise des télécommandes pour effectuer le forage de roche à partir d'une position sûre.

Camion de charge

Le camion chargeur est un complément nécessaire au jumbo dérivant. Le transporteur monte une plate-forme de service hydraulique, un conteneur d'explosifs ANFO sous pression et un tuyau de chargement qui permettent à l'opérateur de remplir les trous de mine sur tout le front en très peu de temps. Dans le même temps, des détonateurs Nonel peuvent être insérés pour le bon timing des explosions individuelles.

Véhicule à conduite à gauche

Le véhicule polyvalent de chargement-transport-déchargement (voir figure 10) est utilisé pour une variété de services, y compris la production de minerai et la manutention des matériaux. Il est disponible dans un choix de tailles permettant aux mineurs de sélectionner le modèle le plus approprié pour chaque tâche et chaque situation. Contrairement aux autres véhicules diesel utilisés dans les mines, le moteur du véhicule LHD fonctionne généralement en continu à pleine puissance pendant de longues périodes, générant de grands volumes de fumée et de gaz d'échappement. Un système de ventilation capable de diluer et d'évacuer ces fumées est essentiel au respect des normes respiratoires acceptables dans la zone de chargement.

Transport souterrain

Le minerai récupéré dans les chantiers répartis le long d'un corps minéralisé est transporté vers une halde à minerai située à proximité du puits de levage. Des niveaux de transport spéciaux sont préparés pour un transfert latéral plus long ; ils comportent généralement des installations de voies ferrées avec des trains pour le transport du minerai. Le rail s'est avéré être un système de transport efficace transportant de plus gros volumes sur de plus longues distances avec des locomotives électriques qui ne contaminent pas l'atmosphère souterraine comme les camions à moteur diesel utilisés dans les mines sans rail.

Manipulation du minerai

Sur son trajet des chantiers au puits de levage, le minerai passe par plusieurs stations avec une variété de techniques de manutention des matériaux.

La slusher utilise un godet racleur pour aspirer le minerai du chantier vers la cheminée à minerai. Il est équipé de tambours rotatifs, de câbles et de poulies, agencés pour produire un parcours de raclage en va-et-vient. Le slusher n'a pas besoin de préparer le sol du chantier et peut extraire le minerai d'un tas de déblais rugueux.

La Véhicule à conduite à gauche, propulsé au diesel et se déplaçant sur des pneus en caoutchouc, transporte le volume contenu dans son godet (les tailles varient) du tas de déblais à la cheminée à minerai.

La cheminée à minerai est une ouverture verticale ou fortement inclinée à travers laquelle la roche s'écoule par gravité des niveaux supérieurs vers les niveaux inférieurs. Les cheminées à minerai sont parfois disposées dans une séquence verticale pour collecter le minerai des niveaux supérieurs vers un point de livraison commun au niveau de transport.

La goulotte est la porte située au fond de la cheminée à minerai. Les passes à minerai se terminent normalement dans la roche près de la galerie de halage de sorte que, lorsque la goulotte est ouverte, le minerai peut s'écouler pour remplir les wagons sur la voie en dessous.

Près du puits, les trains de minerai passent un station de vidange où la charge peut tomber dans un bac de rangement, Un grisonnant à la station de vidange empêche les roches surdimensionnées de tomber dans le bac. Ces blocs sont fendus par dynamitage ou marteaux hydrauliques ; une concasseur grossier peut être installé sous le grizzly pour un meilleur contrôle de la taille. Sous le bac de rangement se trouve un poche à mesurer qui vérifie automatiquement que le volume et le poids de la charge ne dépassent pas les capacités de la benne et du palan. Quand un vide sauter, un conteneur à déplacement vertical, arrive au station service, une goulotte s'ouvre dans le fond de la poche de mesure remplissant la benne d'une charge appropriée. Après le treuil soulève la benne chargée jusqu'au chevalement en surface, une goulotte s'ouvre pour décharger la charge dans le bac de stockage en surface. Le levage de la benne peut être actionné automatiquement à l'aide d'une télévision en circuit fermé pour surveiller le processus.

Retour

La production souterraine de charbon a d'abord commencé avec des tunnels d'accès, ou des galeries, exploités dans les coutures à partir de leurs affleurements de surface. Cependant, les problèmes causés par des moyens de transport inadéquats pour amener le charbon à la surface et par le risque croissant d'enflammer des poches de méthane à partir de bougies et d'autres lampes à flamme nue ont limité la profondeur à laquelle les premières mines souterraines pouvaient être exploitées.

La demande croissante de charbon pendant la révolution industrielle a incité le forage de puits à accéder à des réserves de charbon plus profondes, et au milieu du XXe siècle, la plus grande proportion de la production mondiale de charbon provenait de loin des opérations souterraines. Au cours des années 1970 et 1980, il y a eu un développement généralisé de la nouvelle capacité des mines de charbon à ciel ouvert, en particulier dans des pays comme les États-Unis, l'Afrique du Sud, l'Australie et l'Inde. Dans les années 1990, cependant, un regain d'intérêt pour l'exploitation minière souterraine a entraîné le développement de nouvelles mines (dans le Queensland, en Australie, par exemple) à partir des points les plus profonds d'anciennes mines à ciel ouvert. Au milieu des années 1990, l'exploitation minière souterraine représentait peut-être 45 % de toute la houille extraite dans le monde. La proportion réelle variait considérablement, allant de moins de 30 % en Australie et en Inde à environ 95 % en Chine. Pour des raisons économiques, le lignite et le lignite sont rarement extraits sous terre.

Une mine de charbon souterraine se compose essentiellement de trois éléments : une zone de production ; transport du charbon jusqu'au pied d'un puits ou d'une rampe ; et hisser ou transporter le charbon à la surface. La production comprend également les travaux préparatoires nécessaires pour permettre l'accès aux futures zones de production d'une mine et, par conséquent, représente le niveau de risque personnel le plus élevé.

Développement minier

Le moyen le plus simple d'accéder à un filon de charbon est de le suivre depuis son affleurement de surface, une technique encore largement pratiquée dans les zones où la topographie sus-jacente est escarpée et les filons relativement plats. Un exemple est le bassin houiller des Appalaches du sud de la Virginie-Occidentale aux États-Unis. La méthode d'extraction réelle utilisée dans le filon est sans importance à ce stade ; le facteur important est que l'accès peut être obtenu à moindre coût et avec un effort de construction minimal. Les galeries sont également couramment utilisées dans les zones d'extraction de charbon à faible technologie, où le charbon produit lors de l'extraction de la galerie peut être utilisé pour compenser ses coûts de développement.

Les autres moyens d'accès comprennent les rampes (ou rampes) et les puits verticaux. Le choix dépend généralement de la profondeur du filon de charbon exploité : plus le filon est profond, plus il est coûteux de développer une rampe graduée le long de laquelle des véhicules ou des convoyeurs à bande peuvent fonctionner.

Le fonçage de puits, dans lequel un puits est exploité verticalement vers le bas à partir de la surface, est à la fois coûteux et long et nécessite un délai plus long entre le début de la construction et le premier charbon extrait. Dans les cas où les veines sont profondes, comme dans la plupart des pays européens et en Chine, les puits doivent souvent être creusés à travers des roches aquifères recouvrant les veines de charbon. Dans ce cas, des techniques spécialisées, telles que le gel du sol ou l'injection, doivent être utilisées pour empêcher l'eau de s'écouler dans le puits, qui est ensuite revêtu d'anneaux en acier ou de béton coulé pour assurer une étanchéité à long terme.

Les rampes sont généralement utilisées pour accéder à des couches trop profondes pour l'exploitation à ciel ouvert, mais qui sont encore relativement proches de la surface. Dans le bassin houiller de Mpumalanga (est du Transvaal) en Afrique du Sud, par exemple, les veines exploitables se trouvent à une profondeur ne dépassant pas 150 m ; dans certaines régions, ils sont extraits à ciel ouvert, et dans d'autres, l'exploitation souterraine est nécessaire, auquel cas les rampes sont souvent utilisées pour permettre l'accès à l'équipement minier et pour installer les convoyeurs à bande utilisés pour transporter le charbon coupé hors de la mine.

Les déclins diffèrent des galeries d'accès en ce qu'ils sont généralement creusés dans la roche, pas dans le charbon (à moins que le filon ne plonge à un rythme constant), et sont exploités à une pente constante pour optimiser l'accès des véhicules et des convoyeurs. Une innovation depuis les années 1970 a été l'utilisation de convoyeurs à bande fonctionnant en descente pour transporter la production des mines profondes, un système qui présente des avantages par rapport au levage de puits traditionnel en termes de capacité et de fiabilité.

Méthodes d'exploitation minière

L'extraction souterraine du charbon englobe deux méthodes principales, dont de nombreuses variantes ont évolué pour répondre aux conditions d'extraction dans les opérations individuelles. L'extraction par chambres et piliers implique des tunnels miniers (ou des chaussées) sur une grille régulière, laissant souvent des piliers substantiels pour le soutien à long terme du toit. L'exploitation minière à longue taille permet l'extraction totale de grandes parties d'un filon de charbon, provoquant l'effondrement des roches du toit dans la zone exploitée.

Extraction par chambres et piliers

L'exploitation minière par chambres et piliers est le plus ancien système souterrain d'extraction de charbon et le premier à utiliser le concept de support de toit régulier pour protéger les travailleurs de la mine. Le nom d'exploitation minière par chambres et piliers dérive des piliers de charbon qui sont laissés sur une grille régulière pour fournir sur place support au toit. Il a été développé en une méthode mécanisée à haute production qui, dans certains pays, représente une proportion substantielle de la production souterraine totale. Par exemple, 60 % de la production souterraine de charbon aux États-Unis provient de mines à chambres et piliers. En termes d'échelle, certaines mines d'Afrique du Sud ont des capacités installées supérieures à 10 millions de tonnes par an à partir d'opérations multi-sections de production dans des veines jusqu'à 6 m d'épaisseur. En revanche, de nombreuses mines à chambres et piliers aux États-Unis sont petites, opérant dans des veines d'une épaisseur aussi faible que 1 m, avec la possibilité d'arrêter et de redémarrer la production rapidement selon les conditions du marché.

L'exploitation minière par chambres et piliers est généralement utilisée dans les veines moins profondes, où la pression appliquée par les roches sus-jacentes sur les piliers de support n'est pas excessive. Le système présente deux avantages clés par rapport à l'exploitation minière à longue taille : sa flexibilité et sa sécurité inhérente. Son inconvénient majeur est que la récupération de la ressource en charbon n'est que partielle, la quantité précise dépendant de facteurs tels que la profondeur du filon sous la surface et son épaisseur. Des récupérations allant jusqu'à 60% sont possibles. Une récupération de XNUMX % est possible si les piliers sont extraits dans le cadre d'une deuxième phase du processus d'extraction.

Le système est également capable de divers niveaux de sophistication technique, allant des techniques à forte intensité de main-d'œuvre (telles que «l'exploitation minière en panier» dans laquelle la plupart des étapes de l'extraction, y compris le transport du charbon, sont manuelles), à des techniques hautement mécanisées. Le charbon peut être extrait de la face du tunnel à l'aide d'explosifs ou de machines d'extraction en continu. Des véhicules ou des convoyeurs à bande mobiles assurent le transport mécanisé du charbon. Des boulons de toit et des cerclages en métal ou en bois sont utilisés pour soutenir le toit de la chaussée et les intersections entre les chaussées où la portée ouverte est plus grande.

Un mineur continu, qui intègre une tête de coupe et un système de chargement du charbon montés sur chenilles, pèse généralement de 50 à 100 tonnes, selon la hauteur de fonctionnement à laquelle il est conçu pour travailler, la puissance installée et la largeur de coupe requise. Certains sont équipés de machines embarquées d'installation de boulons d'ancrage qui assurent le soutènement du toit en même temps que la coupe du charbon ; dans d'autres cas, des machines de minage continu et de boulonnage de toit séparées sont utilisées séquentiellement.

Les transporteurs de charbon peuvent être alimentés en énergie électrique à partir d'un câble ombilical ou peuvent être alimentés par batterie ou par moteur diesel. Ce dernier offre une plus grande flexibilité. Le charbon est chargé depuis l'arrière du mineur continu dans le véhicule, qui transporte ensuite une charge utile, généralement entre 5 et 20 tonnes, sur une courte distance jusqu'à une trémie d'alimentation pour le système de convoyeur à bande principal. Un concasseur peut être inclus dans la trémie d'alimentation pour briser le charbon ou la roche surdimensionnés qui pourraient bloquer les goulottes ou endommager les bandes transporteuses plus loin le long du système de transport.

Une alternative au transport par véhicule est le système de transport continu, un convoyeur sectionnel flexible monté sur chenilles qui transporte le charbon coupé directement du mineur continu à la trémie. Ceux-ci offrent des avantages en termes de sécurité du personnel et de capacité de production, et leur utilisation s'étend aux systèmes d'aménagement de passerelles à longue paroi pour les mêmes raisons.

Les chaussées sont exploitées sur des largeurs de 6.0 m, normalement sur toute la hauteur du joint. La taille des piliers dépend de la profondeur sous la surface ; Des piliers carrés de 15.0 m sur des centres de 21.0 m seraient représentatifs de la conception des piliers d'une mine peu profonde à couches basses.

Exploitation minière de longue taille

L'exploitation minière à longue taille est largement perçue comme un développement du XXe siècle; cependant, on pense en fait que le concept a été développé plus de 200 ans plus tôt. La principale avancée est que les opérations antérieures étaient principalement manuelles, tandis que, depuis les années 1950, le niveau de mécanisation a augmenté au point qu'un front de taille est maintenant une unité à haute productivité qui peut être exploitée par une très petite équipe de travailleurs.

L'exploitation à longue taille présente un avantage primordial par rapport à l'extraction par chambres et piliers : elle peut réaliser l'extraction complète du panneau en un seul passage et récupère une proportion globale plus élevée de la ressource totale en charbon. Cependant, la méthode est relativement rigide et exige à la fois une ressource exploitable importante et des ventes garanties pour être viable, en raison des coûts d'investissement élevés impliqués dans le développement et l'équipement d'un front de taille moderne (plus de 20 millions de dollars américains dans certains cas).

Alors que dans le passé, les mines individuelles exploitaient souvent simultanément plusieurs fronts de taille (dans des pays comme la Pologne, plus de dix par mine dans un certain nombre de cas), la tendance actuelle est à la consolidation de la capacité minière en unités plus petites et plus lourdes. Les avantages de ceci sont des besoins en main-d'œuvre réduits et la nécessité d'un développement et d'un entretien moins étendus des infrastructures souterraines.

Dans l'exploitation minière à longue taille, le toit est délibérément effondré lorsque la couche est extraite; seules les grandes voies d'accès souterraines sont protégées par des piliers de soutènement. Le contrôle du toit est assuré sur un front long par des supports hydrauliques à deux ou quatre pieds qui prennent la charge immédiate du toit sus-jacent, permettant sa répartition partielle sur le front non miné et les piliers de chaque côté du panneau, et protégeant les équipements de front et le personnel du toit effondré derrière la ligne de supports. Le charbon est coupé par une cisaille électrique, généralement équipée de deux tambours de coupe de charbon, qui extrait une bande de charbon jusqu'à 1.1 m d'épaisseur à partir du front à chaque passage. La cisaille roule et charge le charbon coupé sur un convoyeur blindé qui serpente vers l'avant après chaque coupe par un mouvement séquentiel des supports de face.

À l'extrémité frontale, le charbon coupé est transféré sur un convoyeur à bande pour être transporté à la surface. Dans une face qui avance, la ceinture doit être rallongée régulièrement au fur et à mesure que la distance depuis le point de départ de la face augmente, tandis qu'en recul, c'est l'inverse qui s'applique.

Au cours des 40 dernières années, il y a eu des augmentations substantielles à la fois de la longueur du front de taille exploité et de la longueur du panneau individuel de taille longue (le bloc de charbon à travers lequel le front progresse). A titre illustratif, aux Etats-Unis, la longueur moyenne des fronts de taille est passée de 150 m en 1980 à 227 m en 1993. En Allemagne, la moyenne du milieu des années 1990 était de 270 m et des longueurs de front supérieures à 300 m sont en projet. Tant au Royaume-Uni qu'en Pologne, les fronts de taille sont exploités jusqu'à 300 m de long. La longueur des panneaux est en grande partie déterminée par les conditions géologiques, telles que les failles, ou par les limites de la mine, mais est désormais régulièrement supérieure à 2.5 km dans de bonnes conditions. La possibilité de panneaux jusqu'à 6.7 km de long est en discussion aux États-Unis.

L'exploitation minière de retraite devient la norme de l'industrie, bien qu'elle implique des dépenses en capital initiales plus élevées dans le développement de la chaussée jusqu'à l'étendue la plus éloignée de chaque panneau avant que la longue taille ne puisse commencer. Dans la mesure du possible, les routes sont désormais exploitées dans la couture, à l'aide de mineurs continus, le support de boulons d'ancrage remplaçant les arches et les fermes en acier qui étaient utilisées auparavant afin de fournir un support positif aux roches sus-jacentes, plutôt qu'une réaction passive aux mouvements des roches. Son applicabilité est toutefois limitée aux roches de toit compétentes.

Précautions de sécurité

Les statistiques de l'OIT (1994) indiquent une grande variation géographique du taux de décès dans les mines de charbon, bien que ces données doivent tenir compte du niveau de sophistication de l'exploitation minière et du nombre de travailleurs employés pays par pays. Les conditions se sont améliorées dans de nombreux pays industrialisés.

Les incidents miniers majeurs sont désormais relativement peu fréquents, car les normes d'ingénierie se sont améliorées et la résistance au feu a été incorporée dans des matériaux tels que les bandes transporteuses et les fluides hydrauliques utilisés sous terre. Néanmoins, le potentiel d'incidents pouvant causer des dommages personnels ou structurels demeure. Des explosions de gaz méthane et de poussière de charbon se produisent encore, malgré des pratiques de ventilation largement améliorées, et les chutes de toit représentent la majorité des accidents graves dans le monde. Les incendies, qu'ils soient sur des équipements ou survenant à la suite d'une combustion spontanée, représentent un danger particulier.

Si l'on considère les deux extrêmes, l'exploitation minière à forte intensité de main-d'œuvre et hautement mécanisée, il existe également de grandes différences dans les taux d'accidents et les types d'incidents impliqués. Les travailleurs employés dans une mine manuelle à petite échelle sont plus susceptibles d'être blessés par des chutes de pierres ou de charbon du toit ou des parois latérales de la chaussée. Ils risquent également une plus grande exposition à la poussière et aux gaz inflammables si les systèmes de ventilation sont inadéquats.

L'exploitation minière par chambres et piliers et le développement de routes pour permettre l'accès aux panneaux de longue paroi nécessitent un support pour les roches du toit et des parois latérales. Le type et la densité du support varient en fonction de l'épaisseur du filon, de la compétence des roches sus-jacentes et de la profondeur du filon, entre autres facteurs. L'endroit le plus dangereux de toute mine se trouve sous un toit non soutenu, et la plupart des pays imposent des contraintes législatives strictes sur la longueur de la chaussée qui peut être développée avant l'installation du soutien. La récupération des piliers dans les opérations à chambres et piliers présente des risques spécifiques en raison du potentiel d'effondrement soudain du toit et doit être planifiée avec soin pour éviter un risque accru pour les travailleurs.

Les fronts de taille modernes à haute productivité nécessitent une équipe de six à huit opérateurs, de sorte que le nombre de personnes exposées à des dangers potentiels est considérablement réduit. La poussière générée par la cisaille à longue taille est une préoccupation majeure. La coupe du charbon est ainsi parfois restreinte à une seule direction le long du front de taille pour profiter du flux de ventilation pour évacuer les poussières des opérateurs de la cisaille. La chaleur générée par des machines électriques de plus en plus puissantes dans les confins du front a également des effets potentiellement délétères sur les travailleurs du front, d'autant plus que les mines deviennent plus profondes.

La vitesse à laquelle les tondeurs travaillent le long du front augmente également. Des vitesses de coupe allant jusqu'à 45 m/minute sont activement envisagées à la fin des années 1990. La capacité des travailleurs à suivre physiquement le coup de charbon se déplaçant à plusieurs reprises sur un front de taille de 300 m de long pendant un quart de travail complet est douteuse, et l'augmentation de la vitesse de la cisaille est donc une incitation majeure à l'introduction plus large de systèmes d'automatisation pour lesquels les mineurs agiraient. en tant que moniteurs plutôt qu'en tant qu'opérateurs sur le terrain.

La récupération de l'équipement facial et son transfert vers un nouveau chantier présentent des risques uniques pour les travailleurs. Des méthodes innovantes ont été développées pour sécuriser le toit longwall et le charbon de face afin de minimiser les risques de chutes de pierres lors de l'opération de transfert. Cependant, les pièces individuelles de la machinerie sont extrêmement lourdes (plus de 20 tonnes pour un grand support frontal et considérablement plus pour une cisaille), et malgré l'utilisation de transporteurs conçus sur mesure, il subsiste un risque d'écrasement ou de levage lors de la récupération de longue taille. .

Retour

Développement minier

Planification et aménagement de la fosse

L'objectif économique global de l'exploitation minière à ciel ouvert est d'extraire le moins de matière tout en obtenant le meilleur retour sur investissement en traitant le produit minéral le plus commercialisable. Plus la teneur du gisement minéral est élevée, plus sa valeur est élevée. Afin de minimiser l'investissement en capital tout en accédant au matériau le plus précieux d'un gisement minéral, un plan de mine est élaboré qui détaille précisément la manière dont le corps minéralisé sera extrait et traité. Comme de nombreux gisements de minerai n'ont pas une forme uniforme, le plan de la mine est précédé de vastes forages exploratoires pour profiler la géologie et la position du corps minéralisé. La taille du gisement minéral dicte la taille et l'aménagement de la mine. La disposition d'une mine à ciel ouvert est dictée par la minéralogie et la géologie de la région. La forme de la plupart des mines à ciel ouvert se rapproche d'un cône, mais reflète toujours la forme du gisement minéral en cours d'exploitation. Les mines à ciel ouvert sont constituées d'une série de saillies ou de banquettes concentriques qui sont coupées en deux par des routes d'accès à la mine et de transport inclinées du bord de la fosse vers le fond dans une orientation en spirale ou en zigzag. Indépendamment de la taille, le plan minier comprend des dispositions pour le développement de la mine, l'infrastructure (par exemple, le stockage, les bureaux et l'entretien), le transport, l'équipement, les taux et les taux d'extraction. Les taux et ratios d'extraction influencent la durée de vie de la mine qui est définie par l'épuisement du corps minéralisé ou la réalisation d'une limite économique.

Les mines à ciel ouvert contemporaines varient en taille, allant de petites entreprises privées traitant quelques centaines de tonnes de minerai par jour à des complexes industriels étendus exploités par des gouvernements et des sociétés multinationales qui extraient plus d'un million de tonnes de matériaux par jour. Les opérations les plus importantes peuvent impliquer plusieurs kilomètres carrés de superficie.

Décapage des morts-terrains

Les morts-terrains sont des stériles constitués de matériaux consolidés et non consolidés qui doivent être enlevés pour exposer le corps minéralisé sous-jacent. Il est souhaitable d'enlever le moins de morts-terrains possible pour accéder au minerai d'intérêt, mais un plus grand volume de stériles est excavé lorsque le gisement minéral est profond. La plupart des techniques d'enlèvement sont cycliques avec interruption des phases d'extraction (forage, dynamitage et chargement) et d'enlèvement (transport). Cela est particulièrement vrai pour les morts-terrains en roche dure qui doivent d'abord être forés et dynamités. Une exception à cet effet cyclique sont les dragues utilisées dans l'exploitation hydraulique à ciel ouvert et certains types d'exploitation de matériaux en vrac avec des excavatrices à roue à godets. La fraction de stériles par rapport au minerai excavé est définie comme le taux de décapage. Des taux de décapage de 2:1 à 4:1 ne sont pas rares dans les grandes exploitations minières. Les ratios supérieurs à 6:1 ont tendance à être moins viables économiquement, selon le produit. Une fois retirés, les morts-terrains peuvent être utilisés pour la construction de routes et de résidus ou peuvent avoir une valeur commerciale non minière en tant que terre de remblai.

Sélection d'équipement minier

Le choix de l'équipement minier est fonction du plan minier. Certains des facteurs pris en compte dans la sélection de l'équipement minier comprennent la topographie de la fosse et de la zone environnante, la quantité de minerai à extraire, la vitesse et la distance sur lesquelles le minerai doit être transporté pour le traitement et la durée de vie estimée de la mine, entre autres. En général, la plupart des opérations d'exploitation minière à ciel ouvert reposent sur des appareils de forage mobiles, des pelles hydrauliques, des chargeuses frontales, des racleurs et des camions de transport pour extraire le minerai et initier le traitement du minerai. Plus l'exploitation minière est importante, plus la capacité de l'équipement nécessaire pour maintenir le plan minier est grande.

L'équipement est généralement le plus grand disponible pour correspondre à l'économie d'échelle des mines à ciel ouvert tout en tenant compte de l'adéquation des capacités de l'équipement. Par exemple, une petite chargeuse frontale peut remplir un gros camion de transport, mais la correspondance n'est pas efficace. De même, une grande pelle peut charger des camions plus petits mais oblige les camions à réduire leurs temps de cycle et n'optimise pas l'utilisation de la pelle puisqu'un godet de pelle peut contenir suffisamment de minerai pour plus d'un camion. La sécurité peut être compromise en essayant de ne charger que la moitié d'un godet ou si un camion est surchargé. En outre, l'échelle de l'équipement sélectionné doit correspondre aux installations de maintenance disponibles. Les gros équipements sont souvent entretenus là où ils fonctionnent mal en raison des difficultés logistiques associées à leur transport vers des installations de maintenance établies. Dans la mesure du possible, les installations d'entretien de la mine sont conçues pour s'adapter à l'échelle et à la quantité d'équipement minier. Par conséquent, à mesure que de nouveaux équipements plus gros sont introduits dans le plan de la mine, l'infrastructure de soutien, y compris la taille et la qualité des routes de transport, des outils et des installations d'entretien, doit également être abordée.

Méthodes conventionnelles d'exploitation à ciel ouvert

L'exploitation à ciel ouvert et l'exploitation à ciel ouvert sont les deux principales catégories d'exploitation minière à ciel ouvert qui représentent plus de 90% de la production minière à ciel ouvert dans le monde. Les principales différences entre ces méthodes d'extraction sont l'emplacement du corps minéralisé et le mode d'extraction mécanique. Pour l'extraction de roches meubles, le processus est essentiellement continu, les étapes d'extraction et de transport se déroulant en série. L'extraction de roche solide nécessite un processus discontinu de forage et de dynamitage avant les étapes de chargement et de transport. Exploitation minière à ciel ouvert (ou exploitation à ciel ouvert) concernent l'extraction de corps minéralisés proches de la surface et de nature relativement plate ou tabulaire et de couches minérales. Il utilise une variété de différents types d'équipements, y compris des pelles, des camions, des lignes de dragage, des excavatrices à godets et des grattoirs. La plupart des mines à ciel ouvert traitent des gisements de roche non dure. Le charbon est la denrée la plus courante qui est extraite à ciel ouvert des veines de surface. En revanche, l'exploitation minière à ciel ouvert est utilisé pour enlever le minerai de roche dure qui est disséminé et/ou situé dans des couches profondes et est généralement limité à l'extraction par pelle et équipement de camion. De nombreux métaux sont extraits par la technique à ciel ouvert : l'or, l'argent et le cuivre, pour n'en nommer que quelques-uns.

Extraction en carrière est un terme utilisé pour décrire une technique spécialisée d'exploitation à ciel ouvert dans laquelle de la roche solide avec un degré élevé de consolidation et de densité est extraite de gisements localisés. Les matériaux extraits sont soit concassés et concassés pour produire des agrégats ou des pierres de construction, tels que la dolomie et le calcaire, soit combinés avec d'autres produits chimiques pour produire du ciment et de la chaux. Les matériaux de construction sont produits à partir de carrières situées à proximité du site d'utilisation des matériaux afin de réduire les coûts de transport. Les pierres de taille telles que la dalle, le granit, le calcaire, le marbre, le grès et l'ardoise représentent une deuxième classe de matériaux extraits. Les carrières de pierres de taille se trouvent dans des zones présentant les caractéristiques minérales souhaitées qui peuvent être géographiquement éloignées ou non et nécessiter un transport vers les marchés utilisateurs.

De nombreux corps minéralisés sont trop diffus et irréguliers, ou trop petits ou trop profonds pour être exploités par des méthodes à ciel ouvert ou à ciel ouvert et doivent être extraits par l'approche plus chirurgicale de l'exploitation minière souterraine. Pour déterminer quand l'exploitation minière à ciel ouvert est applicable, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte, notamment le terrain et l'élévation du site et de la région, son éloignement, le climat, les infrastructures telles que les routes, l'alimentation en électricité et en eau, les exigences réglementaires et environnementales, la pente la stabilité, l'élimination des morts-terrains et le transport des produits, entre autres.

Relief et dénivelé : La topographie et l'élévation jouent également un rôle important dans la définition de la faisabilité et de la portée d'un projet minier. En général, plus l'altitude est élevée et le terrain accidenté, plus le développement et la production de la mine sont susceptibles d'être difficiles. Une teneur supérieure en minerai dans un endroit montagneux inaccessible peut être extraite moins efficacement qu'une teneur inférieure en minerai dans un endroit plat. Les mines situées à des altitudes plus basses connaissent généralement moins de problèmes liés aux conditions météorologiques défavorables pour l'exploration, le développement et la production des mines. Ainsi, la topographie et l'emplacement affectent la méthode d'exploitation ainsi que la faisabilité économique.

La décision de développer une mine intervient après que l'exploration a caractérisé le gisement de minerai et que des études de faisabilité ont défini les options d'extraction et de traitement du minerai. Les informations nécessaires pour établir un plan de développement peuvent inclure la forme, la taille et la qualité des minéraux dans le corps minéralisé, le volume total ou le tonnage de matériau, y compris les morts-terrains et d'autres facteurs, tels que l'hydrologie et l'accès à une source d'eau de traitement, la disponibilité et la source d'énergie, les sites de stockage des stériles, les besoins en transport et les caractéristiques de l'infrastructure, y compris l'emplacement des centres de population pour soutenir la main-d'œuvre ou la nécessité d'aménager un lotissement urbain.

Les exigences en matière de transport peuvent comprendre les routes, les autoroutes, les pipelines, les aéroports, les chemins de fer, les voies navigables et les ports. Pour les mines à ciel ouvert, il faut généralement de grandes superficies de terrain qui peuvent ne pas avoir d'infrastructure existante. Dans de tels cas, les routes, les services publics et les conditions de vie doivent être établis en premier. La fosse serait aménagée en lien avec d'autres éléments de traitement tels que les aires d'entreposage des stériles, les concasseurs, les concentrateurs, les fonderies et les raffineries, selon le degré d'intégration requis. En raison de la grande quantité de capital nécessaire pour financer ces opérations, le développement peut être réalisé par phases pour tirer parti du minerai vendable ou louable le plus tôt possible pour aider à financer le reste du développement.

Production et équipement

Forage et dynamitage

Le forage mécanique et le dynamitage sont les premières étapes de l'extraction du minerai de la plupart des mines à ciel ouvert développées et sont la méthode la plus couramment utilisée pour enlever les morts-terrains de roche dure. Bien qu'il existe de nombreux dispositifs mécaniques capables de détacher la roche dure, les explosifs sont la méthode préférée car aucun dispositif mécanique ne peut actuellement égaler la capacité de fracturation de l'énergie contenue dans les charges explosives. Un explosif de roche dure couramment utilisé est le nitrate d'ammonium. L'équipement de forage est sélectionné en fonction de la nature du minerai et de la vitesse et de la profondeur des trous nécessaires pour fracturer un tonnage spécifié de minerai par jour. Par exemple, dans l'exploitation d'un banc de minerai de 15 m, 60 trous ou plus seront généralement forés à 15 m en arrière du front de taille actuel selon la longueur du banc à exploiter. Cela doit se produire avec suffisamment de temps pour permettre la préparation du site pour les activités de chargement et de transport ultérieures.

chargement

L'exploitation minière à ciel ouvert est désormais généralement effectuée à l'aide de pelles à table, de chargeuses frontales ou de pelles hydrauliques. Dans les mines à ciel ouvert, l'équipement de chargement est jumelé à des camions de transport qui peuvent être chargés en trois à cinq cycles ou passages de pelle; cependant, divers facteurs déterminent la préférence de l'équipement de chargement. Avec des roches pointues et/ou des travaux de creusement durs et/ou des climats humides, les pelles sur chenilles sont préférables. À l'inverse, les chargeuses sur pneus ont un coût d'investissement beaucoup plus faible et sont préférées pour charger des matériaux de faible volume et faciles à creuser. De plus, les chargeurs sont très mobiles et bien adaptés aux scénarios miniers nécessitant des déplacements rapides d'une zone à une autre ou pour les besoins de mélange de minerai. Les chargeurs sont également fréquemment utilisés pour charger, transporter et déverser des matériaux dans des concasseurs à partir de piles de mélange déposées à proximité des concasseurs par des camions de transport.

Les pelles hydrauliques et les pelles à câble présentent des avantages et des limites similaires. Les pelles hydrauliques ne sont pas préférées pour creuser la roche dure et les pelles à câble sont généralement disponibles dans des tailles plus grandes. Par conséquent, les grandes pelles à câble avec des charges utiles d'environ 50 mètres cubes et plus sont l'équipement préféré dans les mines où la production dépasse 200,000 XNUMX tonnes par jour. Les pelles hydrauliques sont plus polyvalentes sur le front de mine et permettent un meilleur contrôle de l'opérateur pour charger sélectivement la partie inférieure ou supérieure du front de mine. Cet avantage est utile lorsque la séparation des déchets du minerai peut être réalisée au niveau de la zone de chargement, maximisant ainsi la qualité du minerai qui est transporté et traité.

Transport

Le transport dans les mines à ciel ouvert et à ciel ouvert est le plus souvent effectué par des camions de transport. Le rôle des camions de transport dans de nombreuses mines à ciel ouvert se limite au cycle entre la zone de chargement et le point de transfert, comme une station de concassage dans la fosse ou un système de transport. Les camions de transport sont favorisés en raison de leur flexibilité de fonctionnement par rapport aux chemins de fer, qui étaient la méthode de transport préférée jusqu'aux années 1960. Cependant, le coût de transport des matériaux dans les fosses métalliques et non métalliques à ciel ouvert est généralement supérieur à 50 % du coût total d'exploitation de la mine. Le concassage et le transport dans la fosse à travers des systèmes de convoyeurs à bande ont été un facteur primordial dans la réduction des coûts de transport. Les développements techniques dans les camions de transport tels que les moteurs diesel et les entraînements électriques ont conduit à des véhicules de capacité beaucoup plus grande. Plusieurs fabricants produisent actuellement des camions d'une capacité de 240 tonnes et s'attendent à produire des camions d'une capacité supérieure à 310 tonnes dans un proche avenir. De plus, l'utilisation de systèmes de répartition informatisés et de la technologie de positionnement mondial par satellite permet de suivre et de programmer les véhicules avec une efficacité et une productivité améliorées.

Les systèmes de routes de transport peuvent utiliser un trafic à sens unique ou à double sens. La circulation peut être configurée sur la voie de gauche ou de droite. La circulation sur la voie de gauche est souvent préférée pour améliorer la visibilité de l'opérateur sur la position des pneus sur les très gros camions. La sécurité est également améliorée avec la circulation à gauche en réduisant le risque de collision côté conducteur au centre d'une route. Les pentes des routes de transport sont généralement limitées entre 8 et 15 % pour les transports soutenus et, de manière optimale, sont d'environ 7 à 8 %. La sécurité et l'évacuation des eaux nécessitent de longues pentes pour inclure des sections d'au moins 45 m avec une pente maximale de 2 % pour chaque 460 m de forte pente. Les bermes de route (bordures de terre surélevées) situées entre les routes et les excavations adjacentes sont des dispositifs de sécurité standard dans les mines à ciel ouvert. Ils peuvent également être placés au milieu de la route pour séparer le trafic opposé. Lorsqu'il existe des routes de transport en sens inverse, des voies d'évacuation à élévation croissante peuvent être installées à la fin de longues pentes abruptes. Les barrières de bord de route telles que les bermes sont standard et doivent être situées entre toutes les routes et les excavations adjacentes. Des routes de haute qualité améliorent la productivité maximale en maximisant les vitesses de sécurité des camions, en réduisant les temps d'arrêt pour l'entretien et en réduisant la fatigue du conducteur. L'entretien des routes des camions de transport contribue à réduire les coûts d'exploitation grâce à une consommation de carburant réduite, à une durée de vie des pneus plus longue et à des coûts de réparation réduits.

Le transport ferroviaire, dans les meilleures conditions, est supérieur aux autres méthodes de transport pour le transport du minerai sur de longues distances à l'extérieur de la mine. Cependant, en pratique, le transport ferroviaire n'est plus largement utilisé dans les mines à ciel ouvert depuis l'avènement des camions électriques et diesel. Le transport ferroviaire a été remplacé pour tirer parti de la plus grande polyvalence et de la flexibilité des camions de transport et des systèmes de convoyeurs dans la fosse. Les chemins de fer exigent des pentes très douces de 0.5 à un maximum de 3% pour les trajets en montée. L'investissement en capital pour les moteurs de chemin de fer et les besoins en voies est très élevé et nécessite une longue durée de vie de la mine et de grands rendements de production pour justifier le retour sur investissement.

Manutention du minerai (convoyage)

Le concassage et le transport en fosse sont une méthodologie qui a gagné en popularité depuis sa première mise en œuvre au milieu des années 1950. L'emplacement d'un concasseur semi-mobile dans la fosse de la mine avec le transport ultérieur hors de la fosse par un système de convoyeur a entraîné des avantages de production significatifs et des économies de coûts par rapport au transport par véhicule traditionnel. La construction et l'entretien des routes de transport à coût élevé sont réduits et les coûts de main-d'œuvre associés à l'exploitation des camions de transport et à l'entretien des camions et au carburant sont minimisés.

Le but du système de concasseur en fosse est principalement de permettre le transport du minerai par convoyeur. Les systèmes de concassage en fosse peuvent aller d'installations permanentes à des unités entièrement mobiles. Cependant, le plus souvent, les concasseurs sont construits sous une forme modulaire pour permettre une certaine portabilité à l'intérieur de la mine. Les concasseurs peuvent être déplacés tous les un à dix ans ; cela peut prendre des heures, des jours ou des mois pour terminer le déménagement selon la taille et la complexité de l'unité et la distance de réinstallation.

Les avantages des convoyeurs par rapport aux camions de transport incluent un démarrage instantané, un fonctionnement automatique et continu et un degré élevé de fiabilité avec une disponibilité allant de 90 à 95 %. Ils ne sont généralement pas gênés par les intempéries. Les convoyeurs ont également des besoins en main-d'œuvre beaucoup plus faibles par rapport aux camions de transport ; l'exploitation et l'entretien d'un parc de camions peuvent nécessiter dix fois plus de membres d'équipage qu'un système de convoyage de capacité équivalente. De plus, les convoyeurs peuvent fonctionner à des pentes allant jusqu'à 30 %, tandis que les pentes maximales pour les camions sont généralement de 10 %. L'utilisation de pentes plus raides réduit la nécessité d'enlever les matériaux de mort-terrain de faible qualité et peut réduire la nécessité d'établir des routes de transport à coût élevé. Les systèmes de convoyeurs sont également intégrés dans les pelles à godets dans de nombreuses opérations de charbon de surface, ce qui élimine le besoin de camions de transport.

Méthodes d'exploration de solutions

L'extraction par solution, le plus courant des deux types d'extraction aqueuse, est utilisée pour extraire le minerai soluble là où les méthodes d'extraction conventionnelles sont moins efficaces et/ou moins économiques. Également connue sous le nom de lixiviation ou lixiviation en surface, cette technique peut être une méthode d'extraction primaire, comme pour l'extraction d'or et d'argent par lixiviation, ou elle peut compléter les étapes pyrométallurgiques conventionnelles de fusion et d'affinage, comme dans le cas de la lixiviation de minerais d'oxyde de cuivre à faible teneur. .

Aspects environnementaux de l'exploitation minière à ciel ouvert

Les effets environnementaux importants des mines à ciel ouvert attirent l'attention partout où les mines sont situées. L'altération du terrain, la destruction de la flore et les effets néfastes sur les animaux indigènes sont des conséquences inévitables de l'exploitation minière à ciel ouvert. La contamination des eaux de surface et souterraines pose souvent des problèmes, en particulier avec l'utilisation de lixiviants dans l'extraction par dissolution et le ruissellement de l'extraction hydraulique.

Grâce à l'attention accrue des écologistes du monde entier et à l'utilisation d'avions et de photographies aériennes, les entreprises minières ne sont plus libres de « creuser et courir » lorsque l'extraction du minerai souhaité est terminée. Des lois et des règlements ont été promulgués dans la plupart des pays développés et, grâce aux activités des organisations internationales, sont imposés là où ils n'existent pas encore. Ils établissent un programme de gestion de l'environnement comme partie intégrante de tout projet minier et stipulent des exigences telles que des études préliminaires d'impact sur l'environnement; des programmes de réhabilitation progressive, y compris la restauration des contours des terres, le reboisement, la replantation de la faune indigène, le repeuplement de la vie sauvage indigène, etc. ; ainsi que des audits de conformité simultanés et à long terme (PNUE 1991, ONU 1992, Agence de protection de l'environnement (Australie) 1996, ICME 1996). Il est essentiel que celles-ci soient plus que des déclarations dans la documentation requise pour les licences gouvernementales nécessaires. Les principes de base doivent être acceptés et pratiqués par les managers sur le terrain et communiqués aux travailleurs à tous les niveaux.

Indépendamment de la nécessité ou de l'avantage économique, toutes les méthodes de solution de surface partagent deux caractéristiques communes : (1) le minerai est extrait de la manière habituelle, puis stocké ; et, (2) une solution aqueuse est appliquée au sommet du stock de minerai qui réagit chimiquement avec le métal d'intérêt à partir duquel la solution de sel métallique résultante est canalisée à travers le tas de stock pour la collecte et le traitement. L'application de l'extraction par solution de surface dépend du volume, de la métallurgie du ou des minéraux d'intérêt et de la roche hôte associée, ainsi que de la surface et du drainage disponibles pour développer des décharges de lixiviation suffisamment grandes pour rendre l'opération économiquement viable.

Le développement de terrils de lixiviation dans une mine à ciel ouvert dans laquelle l'extraction par dissolution est la principale méthode de production est le même que pour toutes les opérations à ciel ouvert, à l'exception que le minerai est destiné uniquement au terril et non à une usine. Dans les mines utilisant à la fois des méthodes de broyage et de dissolution, le minerai est séparé en portions broyées et lessivées. Par exemple, la plupart du minerai de sulfure de cuivre est broyé et purifié en cuivre de qualité marchande par fusion et affinage. Le minerai d'oxyde de cuivre, qui ne se prête généralement pas au traitement pyrométallurgique, est acheminé vers des opérations de lixiviation. Une fois le terril développé, la solution lixivie le métal soluble de la roche environnante à un rythme prévisible qui est contrôlé par les paramètres de conception du terril, la nature et le volume de la solution appliquée, ainsi que la concentration et la minéralogie du métal dans le terril. minerai. La solution utilisée pour extraire le métal soluble est appelée lixiviant. Les lixiviants les plus couramment utilisés dans ce secteur minier sont des solutions diluées de cyanure de sodium alcalin pour l'or, d'acide sulfurique acide pour le cuivre, de dioxyde de soufre aqueux pour le manganèse et de sulfate ferrique d'acide sulfurique pour les minerais d'uranium ; cependant, la plupart de l'uranium et des sels solubles lessivés sont collectés par in situ exploitation minière dans laquelle le lixiviant est injecté directement dans le corps minéralisé sans extraction mécanique préalable. Cette dernière technique permet de traiter des minerais à faible teneur sans extraire le minerai du gisement minéral.

Aspects santé et sécurité

Les risques pour la santé et la sécurité au travail associés à l'extraction mécanique du minerai dans l'extraction par dissolution sont essentiellement similaires à ceux des opérations minières à ciel ouvert conventionnelles. Une exception à cette généralisation est la nécessité pour le minerai sans lixiviation de subir un concassage primaire dans la fosse de la mine à ciel ouvert avant d'être acheminé vers une usine de traitement conventionnel, alors que le minerai est généralement transporté par camion directement du site d'extraction à la décharge de lixiviation en extraction de solutions. Les travailleurs des mines par dissolution seraient donc moins exposés aux principaux risques d'écrasement tels que la poussière, le bruit et les risques physiques.

Les principales causes de blessures dans les mines à ciel ouvert comprennent la manutention des matériaux, les glissades et les chutes, la machinerie, l'utilisation d'outils à main, le transport d'énergie et le contact avec une source électrique. Cependant, l'exposition potentielle aux lixiviants chimiques pendant le transport, les activités de lixiviation et le traitement chimique et électrolytique est unique à l'exploitation minière par dissolution. Des expositions aux brouillards acides peuvent se produire dans les réservoirs de récupération électrolytique de métaux. Les risques liés aux rayonnements ionisants, qui augmentent proportionnellement de l'extraction à la concentration, doivent être pris en compte dans l'extraction de l'uranium.

Méthodes minières hydrauliques

Dans l'exploitation minière hydraulique, ou « hydraulicking », la pulvérisation d'eau à haute pression est utilisée pour creuser des matériaux faiblement consolidés ou non consolidés dans une boue pour le traitement. Les méthodes hydrauliques sont appliquées principalement aux gisements de métaux et d'agrégats de pierre, bien que les résidus de charbon, de grès et de métallurgie se prêtent également à cette méthode. L'application la plus courante et la plus connue est exploitation de placers dans lequel des concentrations de métaux tels que l'or, le titane, l'argent, l'étain et le tungstène sont extraites d'un gisement alluvial (placer). L'approvisionnement en eau et la pression, le gradient de pente du sol pour le ruissellement, la distance entre le front de mine et les installations de traitement, le degré de consolidation du matériau exploitable et la disponibilité de zones d'élimination des déchets sont tous des considérations primordiales dans le développement d'une exploitation minière hydraulique. Comme pour les autres exploitations minières à ciel ouvert, l'applicabilité est spécifique à l'emplacement. Les avantages inhérents à cette méthode d'exploitation comprennent des coûts d'exploitation relativement faibles et une flexibilité résultant de l'utilisation d'équipements simples, robustes et mobiles. En conséquence, de nombreuses opérations hydrauliques se développent dans des zones minières éloignées où les besoins en infrastructure ne sont pas une limitation.

Contrairement à d'autres types d'exploitation minière à ciel ouvert, les techniques hydrauliques reposent sur l'eau comme moyen d'extraction et de transport des matériaux extraits ("sluicing"). Des jets d'eau à haute pression sont livrés par des moniteurs ou des canons à eau à une banque de placers ou à un gisement minéral. Ils désintègrent le gravier et les matériaux non consolidés, qui sont emportés dans les installations de collecte et de traitement. Les pressions d'eau peuvent varier d'un écoulement gravitaire normal pour les matériaux fins très meubles à des milliers de kilogrammes par centimètre carré pour les dépôts non consolidés. Des bulldozers et des niveleuses ou d'autres équipements d'excavation mobiles sont parfois utilisés pour faciliter l'extraction de matériaux plus compacts. Historiquement, et dans les opérations modernes à petite échelle, la collecte du lisier ou du ruissellement est gérée avec des vannes et des prises de petit volume. Les opérations à l'échelle commerciale reposent sur des pompes, des bassins de confinement et de décantation et des équipements de séparation qui peuvent traiter de très grands volumes de lisier par heure. Selon la taille du gisement à exploiter, le fonctionnement des moniteurs d'eau peut être manuel, télécommandé ou contrôlé par ordinateur.

Lorsque l'extraction hydraulique se produit sous l'eau, on parle de dragage. Dans cette méthode, une station de traitement flottante extrait les dépôts meubles tels que l'argile, le limon, le sable, le gravier et tous les minéraux associés à l'aide d'une ligne de godets, d'une ligne de traînée et/ou de jets d'eau submergés. Le matériau extrait est transporté hydrauliquement ou mécaniquement vers une station de lavage qui peut faire partie de la plate-forme de dragage ou physiquement séparée avec des étapes de traitement ultérieures pour séparer et terminer le traitement. Bien que le dragage soit utilisé pour extraire des minéraux commerciaux et des agrégats de pierre, il est surtout connu comme une technique utilisée pour nettoyer et approfondir les canaux d'eau et les plaines inondables.

Santé et sécurité

Les risques physiques dans l'exploitation minière hydraulique diffèrent de ceux des méthodes d'exploitation minière à ciel ouvert. En raison de l'application minimale d'activités de forage, d'explosifs, de transport et de réduction, les risques pour la sécurité ont tendance à être associés le plus souvent aux systèmes d'eau à haute pression, au déplacement manuel de l'équipement mobile, aux problèmes de proximité liés aux alimentations électriques et à l'eau, aux problèmes de proximité associés à l'effondrement du le front de mine et les activités d'entretien. Les risques pour la santé concernent principalement l'exposition au bruit et aux poussières et les risques ergonomiques liés à la manipulation des équipements. L'exposition à la poussière est généralement moins problématique que dans l'exploitation minière à ciel ouvert traditionnelle en raison de l'utilisation de l'eau comme milieu minier. Les activités de maintenance telles que le soudage non contrôlé peuvent également contribuer à l'exposition des travailleurs.

Retour