Détermination prévisionnelle du coà»t des explosifs et des artifices de montage pour l'exploitation du projet réduit 1350 de la mine à ciel ouvert de Kingamymbo nord-est.

CHAPITRE II : DETERMINATION DU VOLUME A MINER ET

LA MAILLE DE FORAGE

II.1 NOTIONS GÉNÉRALES SUR LA FRAGMENTATION

II.1.1 Définition

La fragmentation en exploitation minière est un terme général qui décrit la taille Individuelle de chaque bloc après le tir.

Cette notion révèle le détachement de la roche du massif rocheux. Selon la nature de terrain, il y a des terrains que les engins de chargements excavent sans difficultés même si ces terrains n'ont pas été ébranlés au préalable, d'autres terrains demandent un tir d'abattage c'est à dire fragmentés avec une charge explosive. Deux opérations sont indispensables pour réaliser la fragmentation en exploitation minière à savoir : le forage et le minage.

II.1.2 Forage

C'est une opération au cours de laquelle un trou cylindrique est exécuté jusqu'à une profondeur donnée dans la roche. Plusieurs engins sont utilisés pour le forage (la sondeuse, le perforateur, etc.) et se distinguent les unes des autres tant par leur mode de forage que par le type d'énergie utilisée.

Le choix d'un engin de forage peut être guidé par :

> Le diamètre et la profondeur des trous de mine ;

> Le type et la constitution des roches in situ ;

> Le type d'énergie à utiliser.

Actuellement l'outil pneumatique est le plus utilisé, à cause de ses multiples avantages qu'il présente : la maniabilité, la souplesse, la puissance et la rapidité. Quant à la mine à ciel ouvert de Kingamyambo, elle utilise pour le forage des trous de mine, des sondeuses PANTERA 1500 avec marteau perforateur hors du trou et des sondeuses ROC L8 avec marteau perforateur fond trou utilisant de l'énergie hydropneumatique.

II.1.2.1 Méthodes de forages

Pour le choix de la méthode de forage convenant le mieux, on doit tenir

compte des facteurs suivant :

> Topographie du lieu de travail ;

> Production demandée en tonnes/heure ou mètres - cubes/heure ;

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> Blocométrie ou granulométrie demandée ;

> Type de la roche (dure, tendre, compacte ou fissurée) ;

> Coût par tonne commercialisée.

En plus, il faut évaluer le diamètre du trou, la profondeur du trou, le type d'explosif à utilisé ainsi que l'aptitude du foreur. Généralement trois méthodes de forage sont à relever :

II.1.2.1.1 Forage au marteau perforateur hors du trou

Le forage au marteau perforateur hors du trou utilise des perforateurs pneumatiques et hydrauliques secondaires d'une glissière et fonctionnant hors du trou. Le piston du marteau perforateur transmet son énergie à la roche au travers d'une tige d'emmanchement, de manchons d'accouplements, des tiges et du taillant.

L'énergie transmise permet un broyage facile de la roche en petits sédiments de

forage.

Le moteur de rotation du marteau perforateur fait tourner le taillant de façon à ce qu'il retrouve la roche non broyée et en même temps écrase les sédiments de forage les plus gros pour en réduire les dimensions. Puis, les sédiments sont remontés par l'air comprimé jusqu'à leur évacuation du trou.

Un système d'avance maintient une poussée constante sur le perforateur, et donc à la surface de la roche, de façon à utiliser le maximum d'énergie produite par le marteau perforateur. L'ajout des tiges et manchons se traduit par une dissipation d'énergie de foration.

En conséquence, la vitesse de foration décroît avec la profondeur. La foration au marteau perforateur hors du trou est généralement utilisée dans les roches compactes ou partiellement fissurées.

II.1.2.1.2 Forage au marteau fond de trou

Le marteau fond de trou est, comme son nom l'indique, installé à l'extrémité du train de tiges de forage. Le piston du marteau est directement au contact du taillant. Puisque le piston du marteau transmet directement son énergie au taillant, il n'y a pas théoriquement dissipation de celle - ci dans le train de tiges alors que la profondeur du trou augmente. Une tête de rotation hydraulique ou pneumatique, située à l'extérieur du trou, fournit la rotation. Les tiges de forage assurent le passage de l'air comprimé vers le marteau fond de trou. C'est ce même air qui remonte les sédiments de forage pour les évacuer du trou.

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Bien qu'aucune énergie ne soit perdue lorsque la profondeur du trou augmente, les frictions entre les tiges de forages et la paroi du trou réduisent la vitesse du forage.

L'augmentation de la pression de l'air de fonctionnement accroît l'énergie développée par le piston et donne une pénétration plus rapide. La méthode de foration au marteau fond de trou est normalement utilisée dans les roches fissurées ou pour des trous dont la profondeur dépasse 20 mètres. Elle a généralement comme avantage de minimiser la déviation du trou.

II.1.2.1.3 Forage Rotary

La foration rotary est généralement utilisée pour les trous de grand diamètre ou pour le forage des trous profonds. Cette foration utilise une pression très élevée de poussée sur le tricône et une rotation de celui - ci dont l'entraînement est situé en dehors du trou. Une tête de rotation hydraulique, ou une tige d'entraînement fournit cette rotation. La pression d'avance et la rotation du tricône broient et écrasent la roche. L'air comprimé, la boue ou la mousse transportent les sédiments en dehors du trou.

La relation entre pression d'avance et vitesse de rotation détermine la vitesse de foration et le rendement :

> La roche tendre demande une pression d'avance réduite et une vitesse de rotation plus rapide,

> La roche dure demande une pression d'avance importante et une vitesse de rotation plus lente.

L'utilisation des tricônes de modèles répondant très exactement aux conditions de travail maximalise la vitesse de pénétration et leur durée de vie.

II.1.2.2 Constitution des roches & Types (Classification des terrains) L'expérience de forage a conduit à classifier les terrains les plus fréquemment rencontrés en quatre catégories de dureté à savoir : 2, 2D, 3 et 3D.

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Tableau 2 : Types et Constitution des roches

CATEGORIES	COMPOSITIONS	CARACTERISTIQUES D'ABATTAGE
2	- Terres rouges, RGS friables - RDS très altèrés, RAT très altèrés .	Tendre pas de minage.
2D	- CMN, RGS durs, SDS croissant - SDB altèrés, RAT altérée compacte.	Ebranlement a faible charge explosive.
3D	- RSC altèrés, RAT dolomitiques - SDB, SDS, RSF dolomitiques, RGS, CMN.	Tirs d'abattage avec charge d'explosifs plus conséquente.
3D*	- RSC dolomitiques - RGS dolomitiques très durs.	Fragmentation avec charge explosive plus brisante.

II.1.2.3 Paramètres de forage a) Le diamètre des trous de mine:

C'est l'un des paramètres de base à tout calcul de fragmentation. Il dépend essentiellement de l'équipement de forage dont on dispose. Les dimensions de la maille de forage augmentent avec les diamètres du trou de mine. Dans la mine de kingamyambo, le diamètre des trous de mine est de 101,6 mm.

b) Profondeur et surforage :

> La profondeur des trous de mine peut être définie par :

Hg +

P = (1)

sina a

Avec Hg : La hauteur du gradin en mètre; á : L'angle d'inclinaison des trous par rapport à la verticale; V : L'écartement entre différentes rangées des trous;

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a : Le coefficient dont le résultat de l'expérience attesté pour les différentes catégories de terrains des valeurs figurant dans le tableau ci-dessous :

Tableau 3: Les valeurs de a dans les différents terrains

Terrains	D	D2	D3	D3*
A	8	V	3	2,5

> Le surforage (SF) :

Les trous de mine sont généralement forés plus bas que le niveau désiré du gradin pour être certain que les effets du tir donneront une fragmentation aux dimensions désirées. La valeur du surforage (surprofondeur) est généralement comprise entre 0,2 et 0,4 fois la banquette.

La longueur de la surprofondeur varie en fonction des caractéristiques de la roche et de l'inclinaison.

SF = 10 d (2)

Avec d : diamètre des trous de mine

c) Maille de forage

La maille de forage est définie par l'expression suivante :

S_m = 1T (3)

Avec S_m : La surface de la maille de forage en mètre carré.

V : L'écartement entre différentes rangées des trous de mine parallèles

au frond d'abattage, il est aussi appelé ligne de moindre résistance;

E : La distance entre deux trous voisins de mine d'une même rangée.

E = Kr x W~ ( 4)

Avec Wp : ligne de résistance au pied du gradin;

Kr : le coefficient de rapprochement de trou de mine.

Nous rencontrons trois sortes des mailles : La maille carrée lorsque E = V (5)

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Figure 1 : Maille carrée

La maille rectangulaire lorsque E > V (6)

Figure 2 : Maille rectangulaire

La maille en quinconce : E = V sin 60 (7)

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Figure 3 : Maille en quinconce

La ligne de résistance au pied du gradin en fonction du diamètre d se traduit par les expressions empiriques suivantes :

1) Pour les roches fracturées faciles à fragmenter

l4_Çmax < 50 d (8)

2) Dans les roches fracturées assez résistantes lors de la fragmentation par le tir :

l4_Çmax < 40 d (9)

3) Dans les roches massives, tenaces et difficiles à fragmenter par le tir

l4_Çmax < 30 d (10)

Dans les conditions répondant aux formules ci- dessus, il est supposé qu'il ne restera de massifs résiduels à la base du gradin qui nécessiteraient un minage secondaire.

En plus, la valeur minimale de Wp doit satisfaire la condition de sécurité exprimée par l'expression suivante :

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Figure 4 : La valeur minimale la ligne de moindre résistance

Wp min = Hg 1230 4 + 56 56 = Hg (1230 7 - 1230 4 )

Wp min = Hg 1230 7 (11)

'56 : Prisme d'éboulement

La comparaison des valeurs Wp max et Wp min permet de choisir l'angle d'inclinaison des trous de mine. Lorsque Wp min > Wp max, on recourt à l'utilisation des trous inclinés.

Une fois le choix sur l'inclinaison est fait, on détermine la ligne de résistance au pied du gradin compte tenu des conditions géologiques, technologiques et techniques.