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

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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

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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

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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.

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