Abattage Dans Les Mines Souterraines
Abattage Dans Les Mines Souterraines
Abattage Dans Les Mines Souterraines
I. INTRODUCTION
Amélioration de la qualité de la fragmentation des roches fissures lors de l’abattage à l’explosif dans les
mines à ciel ouvert
L’un des maillons des processus technologiques de l’exploitation des gisements des minéraux utiles à
ciel ouvert ou en souterrain est la préparation des roches à l’extraction. Cette étape de préparation
prédétermine le rendement des engins, la sécurité du travail, et en général l’efficacité des travaux
miniers. Dans la plupart des cas la préparation des roches à l’extraction repose sur la destruction du
massif des roches jusqu’à l’obtention de morceaux de dimensions nécessaires et admissibles pour le
travail normal de tout le complexe d’extraction et de transport, tout comme elle doit assurer un degré
minimal de mélange de roches stériles et de minerai afin d’obtenir la plus petite dilution possible.
Le processus de l’abattage de roches à l’explosif occupe une place importante dans le système de
gestion de la qualité des minéraux extraits
Dans les mines (ciel ouvert et/ou souterraines) l’extraction des matériaux peut se faire soit à l’aide de
machines puissantes soit à l’aide de charges explosives. Le choix de l’un ou l’autre procédé dépend en
grande partie de la dureté du massif ou de la roche en face.
La fragmentation est la réduction de la taille des roches constituant un massif ou un bloc à exploiter en
une dimension plus facile à manutentionner.
Elle joue un rôle important dans une grande variété de processus industriels dans laquelle on désire
réaliser la fragmentation de la manière la plus efficace et la plus contrôlée possible.
Ainsi, l'élaboration de méthodes efficaces et sûres pour un meilleur résultat de fragmentation
(l’abattage des roches à l'explosif et l’abattage mécanique à l’aide de brises roches et de marteaux
piqueurs) est d'intérêt considérable pour l'industrie minière.
Un massif ou un bloc fragmenté est caractérisé par un certain de facteurs à savoir : la forme du tas
abattu, la taille des morceaux de roches abattues et le détachement facile du tas (bon foisonnement)
Le massif ou le bloc explosé peut être fragmenté mais si les morceaux de roche se détachent
difficilement du tas (foisonnement) les coûts de chargement et de transport et aussi de concassage vont
augmenter.
Les opérations d'abattage réussies peuvent mener à réaliser la distribution la plus appropriée des
fragments de roches avec un coût de production minimum.
Les modes de fragmentation possibles dans les mines sont énumérés dans le tableau ci-dessus.
Description Explication Mode
Fragmentation par tir : Le tir des charges Souterrain et Ciel
Par trous de mine d’explosifs placées dans les ouvert
Par trous profonds cavités formées dans le
massif
Fragmentation mécanique : Fragmentation au moyen Souterrain et Ciel
A l’aide de marteaux d’un outil mécanique ouvert
piqueurs (machines à pic, marteaux
Abattage mécanique poids etc.,)
(haveuse, mineur
continu, rabot, tunnelier
etc.
Eboulement provoqué Le massif est démoli sous Souterrain
l’effet de son propre poids
Fragmentation spéciale : On sépare le minerai de son Souterrain et Ciel
Abattage hydraulique massif à l’aide d’un jet d’eau ouvert
Abattage electrophysique (hydro monitor), par
transmission de l’énergie
électrique, par rayon laser
Fragmentation particulière Par injection d’un produit Souterrain et Ciel
Lixiviation chimique (réaction en ouvert
Gazéification chaine) pour gisement de
Biologique (en houille, par injection de
expérimentation) bactéries.
Il est important de noter que les modes sus cités doivent assurer une meilleure fragmentation afin
d’assurer :
Vu la dureté du minerai à exploiter on applique le plus souvent l’abattage par l’explosif. Ce processus se
compose des opérations suivantes :
Le forage des trous de mines ou des trous profonds dans lesquels les explosifs sont logés
Le chargement manuel ou mécanique des trous par l’explosif
La connexion du réseau de tir
Le tir provoque la réaction chimique instantanée qui produit le dégagement d’une quantité de chaleur
d’explosion de 800 à 1300Kcal/Kg. Des essais expérimentaux sont pratiqués en vue d’augmenter
d’avantage la puissance des charges d’explosifs pour un meilleur résultat de fragmentation. D’autre part
on étudie la possibilité de diminuer ou d’empêcher l’irruption de gaz toxiques, la propagation de l’action
sismique de l’explosion et l’interruption des travaux en raison de l’aérage en ouvrant un chimique
nouveau.
Les trous de mine horizontaux sont applicables pendant l’abattage du minerai par les tranches
descendantes et montantes
Les trous de mine verticaux sont utilisés lors de l’abattage du minerai par gradins droits et
renverses en tranches descendantes et ascendantes
Les trous de mine inclinés sont favorables en présence des fissures du minerai pour une
meilleure utilisation de leur direction (des plans de fissures) sur l’onde d’explosion
La disposition des trous de mine en éventail est employée lors de la récupération des piliers de
protection et de l’utilisation des méthodes d’exploitation appropriées.
Les résultats techniques et économiques de l’abattage du minerai par les trous de mine sont dictés au
préalable par le choix de ces paramètres.
L’objectif du forage
Forme du front d’attaque
Type de transport utilisé
Orientation du réseau de fissures
Stabilité du minerai
Type de matériel de forage
Le plus souvent la longueur des trous de mine est limitée par le type des installations de soutènement,
la puissance et la variabilité du corps de minerai (propriétés physico chimiques). Habituellement la
longueur est de 1 à 2 mètres et atteint rarement 5 mètres. Le diamètre des trous de mine varie de 30 à
70 mm mais le plus répandu est de 50 à 45mm.
a. Chargement à l’explosif
Pour charger les trous de mine on utilise l’explosif en cartouche (ammonites, detonites, dynamites, etc..)
ou l’explosif granulé (granulite, etc)
Le plus souvent le chargement des trous mine est mécanisé on utilise des chargeurs pneumatiques, le
débit de ces chargeurs varie de 3 à 18kg/min d’explosifs.
Si l’explosif est en cartouche le diamètre de la cartouche doit être de 4 à 6 mm de moins que le diamètre
du trou pour faciliter sa pénétration avec toutes les précautions à prendre relatives sa la manipulation
b. Les avantages
Possibilité d’utilisation des trous de mine dans n’importe puissance
Possibilité d’application du soutènement artificiel
Excellente fragmentation du minerai
Faible effet sismique
Extraction complète du minerai aux contours du gite
c. Inconvénients
Dépenses élevées à l’abattage
Faible rendement de forage
Consommation d’explosif élevé
Emission élevée de poussière
Impossibilité de destruction en grande masse du minerai
III. LES TROUS PROFONDS
Dans ce cas précis la profondeur des trous profonds varie entre 5 à 60m et même plus et le diamètre est
de 30 à 40 mm jusqu’à 150/200mm. En pratiquant ces trous le minerai est abattu par tranches. On
dispose les tranches verticalement, horizontalement, ou inclinées.
Le plus souvent les tranches sont disposées perpendiculairement au plan de stratification des couches.
Les trous profonds peuvent être sondés dans une tranche parallèlement en éventail ou en faisceau. La
disposition parallèle assure une utilisation plus complète de la longueur des trous profonds, l’absence
des charges rapprochées et une consommation réduite des trous.
La disposition en éventail est plus répandue. Sa qualité principale repose sur la réduction du volume des
travaux de découpage parce qu’on fore plusieurs trous au même endroit. De même elle est plus
économique lorsque la vitesse de forage est supérieure à 10m/poste et le diamètre varie de 100 à
150mm.
Les trous parallèles de 200 à 250mmm de diamètre sont aussi avantageux puisque le forage se fait à
partir de l’espace exploité.
Les trous profonds en faisceaux sont possibles lors de la récupération des piliers de protection entre les
étages et les chambres. Cette opération consiste à forer plusieurs éventails au même lieu et dans
quelques plans. Il est important de définir les plans de la disposition des trous profonds par rapport au
contour d’abattage en projet.
II.1. Choix du diamètre des trous profonds : le degré de destruction du massif dépend de la capacité de
l’explosif placé dans ce dernier, du diamètre et de la distance entre les trous profonds. Compte tenu des
données pratiques il existe une relation approximative entre le diamètre d du trou et la puissance du
gite à exploiter, m.
En déterminant le diamètre des trous profonds on doit tenir compte aussi des avantages des trous
de petit diamètre à savoir :
- Nombre de trous profonds élevé (plus de 9000 trous pour 1000000 tonnes de minerai)
- Possibilité de déviation des trous forés
Chargement des trous profonds par l’explosif : c’est l’explosif granule qui est utilisé pour charger les
trous profonds. Le chargement est mécanisé et est assuré par des chargeurs pneumatiques pouvant
transporter l’explosif dans n’importe quelle direction et a une certaine distance par l’intermédiaire des
tuyaux de duraluminium ou des flexibles de polyéthylène. Le rendement du chargeur pneumatique est
de 5 à 8 fois supérieure au chargement manuel.
L’application de la fragmentation à l’aide des trous profonds exige une puissance du gite supérieur à 5 /
8 m afin d’éviter les grandes pertes et la dilution du minerai.
La fragmentation par trous profonds assure un rendement considérable par foreur mais il entraine des
pertes et une dilution lus élevée par rapport aux trous de mine. Il influe aussi sur la stabilité des
ouvrages sous l’effet sismique.
III.3. Avantages
III.4. Inconvénients
- Rendement plus élevé du chantier en gros bloc
- Conduite des travaux de dépilage inexacte
- Pertes et dilution du minerai plus élevées
- Perturbation des piliers de protection et des épontes sous l’effet de l’explosion
IV. LES PARAMETRES INFLUENCANT LA QUALITE DE LA FRAGMENTATION
Les paramètres incontrôlables sont liés à la nature c’est-à-dire a la géologie du terrain dans tous ses
détails (propriétés physico chimiques, hydrogéologie etc…)
Les trous forés dans des massifs avec des discontinuités, fissures ou joints ont une quantité d’explosifs
élevée par rapport à un massif normal et l’énergie de l’explosif s’échappe à travers ces fissures ce qui
fragilise l’onde dans le processus de fragmentation.
Il est important Dans ce cas il est important de procéder à des bourrages tampons ou intermédiaires afin
de boucher ces discontinuités pour une meilleure concentration de l’énergie explosive donc une
meilleure qualité de fragmentation.
L’influence des paramètres des travaux de tir sur la qualité de la fragmentation (paramètres
contrôlables)
Le diamètre, d
L’inclinaison ou la déviation des trous
La profondeur ou longueur des trous
Le nombre de trous, N
L’espacement entre les trous
La banquette
La taille ou le volume à exploser ou fragmenter
La séquence d’initiation
Pour déterminer le nombre de trous de mine N par cycle on utilise l’équation de la quantité d’explosifs
demandée pour la fragmentation de la tranche de minerai d’épaisseur 1m
Q=SxLxɣxE Kg…..I
S : surface du chantier en m2
L, longueur du chantier
N = S x ɣ x E/πd2/4 x Δ x Kch
N = S x ɣ x E/Q
Le produit (πd2/4 x Δ x Kch) représente la quantité d’explosifs dans un trou de mine de 1 m de longueur,
la surface du chantier d’abattage pour un trou de mine est S*
S* = S/N = B x H/N…………..m2
S* = (πd2/4 x Δ x Kch)/ ɣ x E
D’autre part cette même surface est S* = W x a (a = W x m ou m est le coefficient de
rapprochement des trous)
W = Ꝩ (πd2/4 x Δ x Kch) /ɣ x E x m
La longueur totale des trous est ∑L : N x L
Q = πd2/4 x Δ x Kch x ∑L
Par ailleurs la charge est :
Q = πd2/4 x Δ x Kch x Lch
Lch est la colonne chargée (L – Lbourrage)
1. Le forage des trous
Les travaux de forage constituent la première étape dans le processus de la fragmentation des roches
dures par explosifs. Cette étape est importante, car mal faite le résultat du tir à l’explosif ne pourra pas
donner un tas de roches abattues avec les caractéristiques optimales pour les opérations.
Le diamètre du trou est fonction des propriétés du massif à exploser, du degré de fragmentation
recherché, de la hauteur du gradin et des stratégies de la compagnie en termes de coûts.
Si d est petit les coûts de forage et de chargement sont élevés, les opérations de bourrage, de
connexion vont se dérouler selon un facteur temps élevé avec un nombre élevé de personnel
Si d est trop petit ces désavantages vont croitre pour enfin augmenter les dépenses de la compagnie.
SI d est trop grand le résultat sera une inadéquate fragmentation particulièrement si le massif contient
des discontinuités.
Il est toutefois important de noter que le diamètre choisit doit être optimal afin d’assurer une
fragmentation optimale.
La qualité de fragmentation dépend en grande partie de la précision avec laquelle l’opérateur fore les
tous. Ce paramètre détermine la colonne d’explosif qui à son tour détermine la quantité d’explosifs.
Si le trou est trop profond ou trop long, la banquette et l’espacement seront affectés ce qui génère une
augmentation de la quantité d’explosifs. Il en résulte alors une sur fragmentation avec projection de
morceaux de roches et de grandes vibrations au sein du massif.
Il est donc important de forer de façon optimale la profondeur ou longueur des trous de mine pour un
résultat de fragmentation optimale pour l’ensemble des opérations.
1.3. La banquette et l’espacement : ces deux facteurs ont un impact important sur la qualité de la
fragmentation.
Dans les cas où le massif est très dur et bien en place il donc impératif de réduire ces deux facteurs de
manière à avoir un meilleur résultat.
Il est à noter que la maille doit être respectée lors des travaux de forage vu que les mouvements au sein
du bloc font déplacer très souvent les emplacements planifiés, il en résulte une sur-fragmentation ou
sur broyage d’un côté et un lot de blocs hors gabarits de l’autre. Ce phénomène crée un tas de roches
très difficile (pas facile à transporter) lors des processus de chargement et de transport.
1.4. Le bourrage : il joue aussi un rôle important, il permet de mieux concentrer ou emmagasiner
l’énergie de l’explosif afin d’éviter que la colonne d’explosif ne se projette lors du mouvement. De façon
générale une bonne qualité de bourrage permet de maintenir le gaz sous pression pendant le temps du
phénomène.
Il est plus recommandé de choisir des agrégats concassés en qualité de bourrage, il est à noter aussi que
les débris de forage utilisés dans certaines conditions peuvent mener à de bons résultats.
Un long micro retard peut négativement influer sur les paramètres comme la banquette et l’espacement
des trous provoquant ainsi des projections de charge.
Il est alors important de faire un choix optimal afin de régler l’impact des faces libres sur la qualité de la
fragmentation.
La maitrise et le contrôle des différents paramètres influant sur la fragmentation par les miniers est un
processus long et délicat.
Il dirige et détermine l’ensemble des opérations minières sur le plan technique et financier, une
mauvaise maitrise d’un ou plusieurs paramètres a pour résultat :
Dans les mines en sous terrain ainsi bien qu’en ciel ouvert il existe plusieurs façons de fragmenter les
blocs hors gabarits à savoir: débitage secondaire à l’aide d’explosifs logés dans des petits trous pas
profonds, débitage secondaire à l’aide d’engins mécaniques puissants.
Quelques soient les précautions prises pour obtenir une bonne fragmentation on obtient malgré tout un
certain pourcentage de blocs hors gabarits d’où la nécessite de recourir à un débitage secondaire plus
particulièrement (lors du creusement des galeries et d’autres couloirs etc...). Il existe pour ce faire le
débitage à l’aide de charges superficielles placées sur le bloc à fragmenter et le débitage a l’aide de
trous de mine creusés sur le bloc.
N : (Vb/2 x dᶟa) – 1
Vb est le volume du bloc en mᶟ
Le bourrage est fait avec des débris de forage ou avec des sachets remplis d’eau on dit alors que le tir
est à bourrage hydraulique.
Il a été découvert par les japonais pour la première fois. Il fonctionne en ayant un marteau
(approximativement 1 à 2 tonnes) kg adaptables montes sur le bras de pelle hydraulique. La rupture du
bloc est provoquée par des mouvements de percussion du fleuret transmise à partir du marteau.
Exemple
LES EXPLOSIFS
Les explosifs sont des produits chimiques qui créent des réactions. Il y a deux types de réactions
la déflagration et la détonation, ces deux réactions déterminent la puissance de l’explosif
1. Le travail de l’explosif
- La déflagration est une réaction dont la vitesse est de quelques m/s
- La détonation est le régime de décomposition le plus rapide. Elle est une réaction chimique
exothermique qui se propage dans l’explosif couplée avec une onde choc. Cette réaction donne
des gaz surtout CO2 et H2O dont la température est comprise entre 1000 et 4000ᵒc, la pression
est de 1000 à 25000 MPa soit 10 à 250 Kbars. La vitesse de détonation est comprise entre 1000
et 9000m/plus généralement 2000 a 7000m/s pour les explosifs civils.
Les caractéristiques de l’onde de détonation sont liées non seulement aux caractéristiques de l’explosifs
composition chimique volume massique mais aussi à la géométrie et au confinement utilisés.
Les explosifs sont utilisés dans de nombreux secteurs d’activité à la fois à ciel ouvert et en souterrain.
Notre cas se limite aux applications qui concernent l’abattage de la roche afin d’avoir une bonne
fragmentation.
Les objectifs des tirs à l’explosif varient bien avec le type d’activité. On peut distinguer dans un premier
temps les deux objectifs suivants :
- Les matériaux fragmentés : c’est le cas des carrières de granulats, des cimenteries et dans la
plupart du temps le cas des mines et des travaux publics
- Les matériaux de grosse taille : c’est le cas des roches ornementales et parfois des
enrochements
Le deuxième objectif concerne les travaux publics de finition (talus routiers, fosses…) les galeries d’accès
et d’autres fonçages dans les mines souterraines.
Cette classification générale est parfois difficile à établir car ces objectifs généraux sont souvent
imbriqués les uns dans les autres dans les différents secteurs d’activité présentés.
Tous les objectifs présentés précédemment doivent être complétés des contraintes extérieurs (bruits,
vibrations etc…) qui dans certains cas elles-mêmes constituent des objectifs prioritaires
3. Bilan d’oxygène
On compose les objectifs de telle sorte que pendant l’explosion la quantité d’énergie dégagée soit
maximale et les produits gazeux ne soient pas dangereux pour la santé des personnes et
l’environnement. Le degré de danger des explosifs suite à la formation des gaz toxiques est caractérisé
par le bilan d’oxygène. Ce dernier nous indique le niveau d’oxygène contenant dans une combinaison
d’explosif par rapport à la quantité d’oxygène nécessaire pour faire l’oxydation complète des éléments
combustibles oxydation de l’hydrogène en eau et du carbone en gaz carbonique.
Explosifs homogènes
Ma est la masse d’atomes grammes d’oxygène dans une combinaison de l’explosif donne en gramme
Mélange d’explosifs lors des bilans des composants des explosifs (mélange mécanique)
+B1-B2 respectivement les valeurs du bilan d’oxygène des composants d’explosif suroxygéné et sous
oxygène
Lors de la détermination d’une masse d’atome gramme de l’excès ou du défaut d’oxygène il faut savoir
que pour l’oxydation complète d’un atome de carbone dans une molécule d’acide carbonique (CO2) on
a besoin de deux atomes d’oxygène et pour l’oxydation complète d’un atome d’hydrogène dans une
molécule d’eau (H2O) on a besoin de 0,5 atome d’oxygène..
On détermine le rapport des composants de l’explosif sous oxygène et des composants de l’explosif
suroxygéné pour avoir l’explosif équilibré à l’acide de la formule suivante :
M = -B2/+B1
M est la quantité du composant d’explosif suroxygéné nécessaire pour faire l’oxydation complète du
composant d’explosif sous oxygéné
Par ailleurs la teneur du composant d’explosifs sous oxygéné est calculée selon l’expression ci-après
P2 = 100/(1+M)………..%
La teneur en composant d’explosif suroxygéné est
P1 = 100 – P2……….%
On distingue d’après le bilan d’oxygène – explosif équilibré – explosif suroxygéné – explosif sous
oxygéné
Un explosif équilibré a une quantité d’oxygène nécessaire et suffisante pour faire l’oxydation
complète des éléments combustibles. L’expression d’un explosif équilibré nous donne la
quantité maximale de l’énergie et la quantité minimale des gaz toxiques
Un explosif suroxygéné a un excès d’oxygène pour faire l’oxydation complète des éléments
combustibles. son explosion réduit la chaleur totale du tir et dégage des gaz très toxiques (NO,
NO2, N2O2)
Un explosif sous oxygéné a un défaut d’oxygène pour faire l’oxydation complète des éléments
combustibles. Son explosion diminue la chaleur totale du tir et dégage du gaz toxique (CO)
Habituellement on fabrique des explosifs suroxygénés de 0,1 à 4% d’excès d’oxygène pour provoquer
l’oxydation de l’emballage des cartouches d’explosifs (enveloppes en papier de 2 grammes et en
paraffine de 3 grammes pour 100 grammes d’explosifs.
4. Les explosifs industriels : selon leur composition on distingue deux groupes d’explosifs
Les explosifs homogènes
- Les nitrates d’alcool et des celluloses nitroglycérines, dinitroglycol, ten
- Sel d’acide nitrique : nitrate d’ammonium, nitrate de potassium
- Dérivées nitrées des substances organiques trotyl, hexogène
Nitrates trinitrotoluene 10 – 15
nitrate d’ammonium 65 – 85
farine de bois 0–5
stearate de calcium 1
sel 0 - 20
Nitrates fiouls ordinaires Nitrate d’ammonium 91
Fioul 6
Bouillies-gels Eau 8 – 15
Nitrate d’ammonium 35 – 60
de soude ou de
calcium
Sensibilisant (explosif, 5 – 40
aluminium, nitrtate de
monomethylamine,
billes de verre)
Divers (gelifiant, 2–5
allegeant reticulant,
mouillant, fioul)
Eau 8 – 15
Emulsions Nitrates mineraux 70 – 80
Huiles diverses 4 – 10
Sensibilisant (chimique 0,2 - 5
ou bille de verres)