Minage et forage en carrière : Définition

Dans le processus d’exploitation d’une carrière, Minage et Forage en carrière sont un ensemble de prestations visant à forer des trous dans la roche suivant un « plan de tir » afin de fractionner une roche en blocs de matériaux, à l’aide de tirs d’explosifs.

Fonctionnement d’un minage en carrière
Concrètement, les trous forés dans la roche sont remplis avec une quantité précise d’explosifs. Cette quantité varie selon le type de roches. Les successions d’explosions dans la roche entraînent une fragmentation de celle-ci en des blocs d’environ 800 mm de côté ou plus.
Les explosifs utilisés sont généralement la dynamite, le nitrate-fioul, les systèmes d’émulsions explosives encartouchées ou encore l’émulsion en vrac.

la destruction, altération, fragmentation des roches : les principes

La destruction des roches constitue la source principale des matériaux du sol. On parle alors d’altération des roches.
Ce phénomène intéresse aussi bien les roches magmatiques que les roches métamorphiques et sédimentaires.
Les actions de destruction des roches peuvent être :

– Mécanique : des agents d’érosion produisent des fragments qui sont à l’origine des roches détritiques.

– Chimique : Les phénomènes chimiques donnent des solutions de lessivage qui sont les sources des minéraux néoformés des roches d’origine chimique.

– Humaines : Fragmentation des roches à l’explosif. Exemple : Forage et Minage en carrière, Terrassement…

Minage et forage en carrière : Les méthodes de forage

En fonction de la roche et de sa résistance à la compression, les outillages utilisés et les méthodes varient.

Marne, Grès : Forage Rotatif
Calcaire : Forage Rotatif, Forage rotary
Schiste, Granite, Quartzite, Taconite : Forage rotary, Forage percutant (marteau hors du trou ou fond de trou)
En résumé : Si le forage rotatif est idéal pour la marne, il est moins adapté pour le schiste que l’est le forage rotary… Le carottage étant adapté à tous les types de roches.

Types de roches et méthodes de forage
                                       Types de roches et méthodes de forage

Minage et forage en carrière : comment ça marche ?

Le principe général consiste à réaliser des « trous de mine » sub-verticaux parallèles à une surface définis par la configuration des gradins/les fronts de tailles et respectant un « plan de tir ».
Une fois les trous de mine réalisé, on y introduit les explosifs qui permettront de fragmenter la roche.

C’est le « plan de tir » qui détermine la distribution de l’explosif dans l’espace et dans le temps.

Le calcul d’un « plan de tir » comprend une succession d’opérations qui requiert une
méthodologie précise :

  1. Le choix des explosifs, à partir des caractéristiques mécaniques des roches et des propriétés des explosifs industriels.
  2. la géométrie de foration et quantité d’explosif par trou de mine (chargement des trous exprimé en g/m3, MJ/m3 de roche à abattre).
  3. Le calcul des charges, à partir de formules empiriques , de l’expérience ou de logiciels spécifiques.
  4. Les séquences de mises à feu, en fonction du mode d’amorçage (tir séquentiel) et des contraintes d’environnement.

Les principaux paramètres de la géométrie d’un plan de tir sont :

  • les banquettes = 40 x diamètre de foration ( entre 1,5″ (38 mm) et 15″ (380 mm) 
  • Les espacements (intervalles entre les trous de mines) = 1 x banquette < espacement < 1,3 x banquette.
  • La hauteur du front, la surforation
  • La maille de foration = banquette x espacement
  • La maille produit par ces deux valeurs x la hauteur du front = le volume abattu.
  • Le diamètre de foration : est tributaire des outils (taillants) disponibles. Il est limité en fonction des contraintes telles que la charge unitaire (par trou de mine) et du niveau de vibration à respecter. Les tailles usuelles de taillants varient entre 1,5″ (38 mm) et 15″ (380 mm).
  • La hauteur de front : est souvent limitée à 15 mètre (imposée par la réglementation…)

 

Plan de tir : Paramètres géométriques
              Plan de tir : Paramètres géométriques

Le plan de foration : les formules de calcul

Il existe de nombreuses formules empiriques (liées à l’expérience) qui permettent de calculer l’épaisseur de la tranche à abattre en fonction de la quantité d’explosif utilisé.
Les plus connues sont celles:

  • De Chalon qui utilise une charge spécifique donnée.
  • Dite “du vieux mineur” basée sur le diamètre du trou.
  • A coefficients multiples (a°x + a°y + a°n), les valeurs x, y, n étant lues dans des tables.
  • A partir de tables telles que celles figurant dans le manuel de forage “Surface drilling and blasting” de Tamrock.

Toutes ces formules n’intègrent qu’un ou deux paramètres (quantité d’explosif et/ou diamètre du trou). Elles ne tiennent généralement pas compte de la nature de la roche, ni des caractéristiques des explosifs, ni de la géométrie des charges.

La formule de Langefors qui est une formule semi empirique permet de calculer la valeur
théorique de la banquette à abattre (Bth) à partir de cinq paramètres et d’une constante.
Elle présente l’avantage d’intégrer un maximum d’éléments sans nécessité des moyens de
calculs puissants.
Cette formule n’est applicable qu’à des tirs de mines parallèles à leur surface de dégagement.
Elle s’écrit:
 formule de Langefors

Calcul simple (D’après Pascal Montagneux – Groupe EPC, NITRO-BICKFORD)

Banquette tire d’abattage = 40 x diamètre de foration

tableau de calcul pour une banquette de tire d’abattage

L’espacement (intervalles entre les trous de mines) = 1 x banquette < espacement < 1,3 x banquette

tableau intervalles entre les trous de mines

L’inclinaison et la profondeur de forage est fonction de la hauteur du front et des conditions de stabilité de la roche :

si hauteur faible (inférieure à 10 m) : inclinaison entre 0 et 5 degrés

si hauteur élevée (de 10 m à 35 m) : inclinaison entre 5 à 30 degrés

Minage et forage en carrière : détaillons les méthodes de forage

– Forage par percussion : marteau hors du trou ou marteau fond de trou

Cette méthode est la plus courante et adaptée à tout type de roche, que ce soit avec des marteaux « hors du trou » ou « fond du trou ».

La différence majeure avec les autres méthodes de foration est que l’énergie qui sert à détruire la roche est transmise avec une certaine fréquence et non pas en continu.

 

 

marteau fond de trou

Cette technique combine l’action d’un marteau piqueur pneumatique et d’une foreuse munie de barres de forage à l’extrémité desquelles se trouve un outil taillant. Cet équipement alimenté par un compresseur d’air qui sert à la frappe du marteau dans le trou de forage pour casser et broyer le terrain (phase de percussion) et à l’évacuation des débris du terrain (appelés cutting) vers l’extérieur (phase de soufflage/évacuation).

la roche éclate sous l’effet des fortes pressions exercées ponctuellement par les boutons ou pastilles en carbure de tungstène de l’outil de forage.

Un état de contrainte est créé autour du point de contact du bouton avec la roche. Le matériau au voisinage du bouton est écrasé et réduit en fine poudre (poussière de foration).

Il y a formation d’une « zone d’écrasement », sorte d’empreinte du bouton dans la roche. Si le bouton ou la plaquette est suffisamment affûté, les contraintes vont augmenter progressivement jusqu’à dépassement de la résistance maximale à la rupture de la roche. La roche va alors céder et il y aura formation d’éclats. Immédiatement après la rupture, la pression sur le bouton va chuter en raison de l’absence de contact bouton-roche. La pénétration de la roche se poursuivant, ce contact sera rétabli et le même processus se renouvellera.

– Forage Rotary

A l’origine utilisée pour le forage de puits de pétrole,cette méthode est actuellement employée en forage de production, en carrières et en tunnels.

Les outils utilisés sont des trépans à molettes ou tricônes. Cette technique permet de forer dans des roches dures dont la résistance à la compression peut atteindre 5 000 bars.

En rotary, les boutons sont enfoncés dans la roche sous l’effet de la poussée appliquée. La séquence de pénétration dans la roche est globalement identique à la séquence de foration percutante.

tricone à picots (à gauche) et tricone à dents (à droite)

– Forage Rotatif

On utilise cette technique uniquement dans des roches tendres dont la résistance à la compression n’excède pas 1 500 bars (exemple : mines de sel).

La foration de fait par décolletage du fond du trou à la manière d’un forêt. Les taillants ont des lames et travaillent comme des outils de coupe. Lorsque ces lames s’enfoncent dans la roche, des très fortes contraintes sont créées au niveau de l’arête. La roche cède et il y a formation de copeaux.

– Carottage

Le carottage est employé à des fins de prospection avec prise d’échantillons (carottes).

En carottage, la foration se fait par un processus de « meulage » de la roche. Les taillants annulaires (couronnes) sont en carbure ou munis de diamants sertis ou à imprégnation diamantée, et sont entraînés à grande vitesse (rotation)

Cette technique se fait à l’aide de taillants annulaires appelés « couronnes ».

Achetez du matériel de forage, des équipements ou des pièces de rechange de qualité.

 

Minage et forage en carrière – Un exemple d’usage : les granulats

En France, La consommation annuelle en “cailloux” de chaque personne correspond à environ 7 tonnes par an soit 20 kilos par jour !
Etonnant hein !?

C’est dans les carrières que sont extraits les “cailloux” que nous consommons.

Qu’il s’agisse de la construction de maisons, de routes, de bâtiments, de constructions publiques ou privées, chacune de ces infrastructures nécessite un apport minéral.
Les carrières trouvent ainsi toute leur utilité dans les besoins primordiaux qui fondent notre société : la circulation, le besoin de s’abriter ou encore l’échange.

Quelques chiffres pour finir en beauté 🙂

– Les routes sont composées à 80 – 90 % de granulats.
– Environ 30 000 tonnes de granulats sont nécessaires pour construire un kilomètre d’autoroute.
– Pour construire un kilomètre de voie ferrée, il faut 10 000 tonnes de granulats.
– Qu’il s’agisse d’une petite route de campagne ou d’une autoroute, trois couches de granulats sont mises en place, sur une épaisseur de 20 à 70 cm.
– Les chantiers routiers et ferroviaires absorbent près de 60 % de la production française.
– La construction d’une maison d’habitation classique en béton nécessite 100 à 300 tonnes de sables et graviers.

  • Les fondations sont réalisées en béton armé : il s’agit d’un mélange de sables, graviers, ciment et eau, associé à une armature métallique.
  • Les murs sont constitués de parpaings, c’est-à-dire de blocs de béton préfabriqués en usine à partir de granulats, ciment et eau.
  • Les parpaings sont jointoyés à l’aide de mortiers qui sont produits à partir de sables, ciment et eau et recouverts d’enduits également constitués de mortiers.

LES BONNES AFFAIRES POUR LES MINES ET CARRIERES

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  3. Soro Dognimin Oumar

    Cette page est très fructueuse et je porte beaucoup d’attention à la lire.
    J’aimerais savoir si vous formez des jeunes passionnés du domaine des mines et du dynamitage ?

  4. Fogang pierre Armand

    Vraiment intéressant merci je suis chef mineur au Cameroun et aimerait accroître mes connaissances avez vous des séminaires de formation

  5. abdllaoui imen

    salut je vous remerice infiniment pour tous vos efforts et je souhaite poser une petite question :
    le minage des hauts gradins comment le fait-on ?

    1. charles

      Bonjour;
      Dans un chantier de minage, La Ligne de moindre résistance, c’est la plus courte distance de la chambre de la mine jusqu’à la partie extérieure des terres dans lesquelles elle est placée, elle offre la moindre opposition à l’effort de la poudre.

  6. dopavoguilaurent

    Interessant et je voudrais améliorer mon niveau de compétence dans ce domaine car suis ingénieur Senior Drill and blast dans une entreprise minière ! Merci d’avance.