Soutenance mémoire
Les deux dernières décennies ont connu un développement considérable de la mécanisation dans les mines, carrières et travaux publics, cela suit à l’accroissement rapide des besoins. Face à cette situation la demande en matière première et matériaux devient de plus en plus importante et l’utilisation des produits explosifs constitue l’une des solutions idoines grâce à l’extraction massive des produits et à des coûts très avantageux par rapport aux autres moyens techniques d’extraction.
L’utilisation d’explosifs à la fragmentation des roches dans l’exploitation minière est souvent désignée comme une science et un art. Dans les premières années, les chimistes s’efforçaient à développer les explosifs et de mettre au point stable et puissant des mélanges explosifs pour plusieurs variétés. Ces dernières années, le besoin de minimiser les coûts de tir et de contrôler l’effet de ces paramètres sur la qualité de la fragmentation ont fait des études appropriés. Cependant, La recherche comprend la modélisation informatique, de la préparation d’explosifs, de la photographie à haute vitesse. Bien que Les scientifiques et les ingénieurs, et avec la pratique, continuent à travailler sur l’approche idéale pour optimiser le processus de la fragmentation. La recherche systématique de tir des roches a fourni une bonne compréhension des nombreux facteurs qui influencent la fragmentation. Par conséquent, l’obtention d’un contrôle précis de ces facteurs est un défi constant.
Paramètres de conception de tir a l’explosif
Le principal objectif des tirs dans les mines est d’avoir une fragmentation optimale de la roche. Le degré de fragmentation de la roche joue un rôle très important dans le but de contrôler et de minimiser le coût global de production y compris le chargement, le transport de la matière première. Une fragmentation optimale améliore l’efficacité de broyage et des milliers de kilowattsheures d’énergie par [1] an peuvent également être gagnées. Les travaux de tir [2] est l’une des opérations de base de l’exploitation minière et l’industrie des carrières, un tir efficace pour une géologie donnée, le volume de la roche a abattre et les conditions de sécurité sont les résultats d’un choix correct des types d’explosifs, la quantité d’explosifs et la planification de tir. La première étape pour la réduction de la taille dans les mines est bien les travaux de tir il est suivi par des opérations de concassage et broyage. L’efficacité de ces opérations est directement liée à la distribution en taille des tas de roche abattus. Par conséquent, une évaluation fiable de la fragmentation est un problème critique de l’exploitation [3] La production de fragments plus fine en opération de tir réduit la charge de travail de concasseurs primaires; augmentant ainsi l’efficacité du broyeur et de par conséquence réduire les coûts et augmente le taux horaire.
La théorie du travail à l’explosifs
Un explosif est un corps simple ou un mélange de corps susceptible de se décomposer en un temps très court sous l’influence de la chaleur ou d’une action mécanique particulière en produisant une grande quantité de gaz porté à haute température.
Les explosifs industriels sont en général constitués par un comburant (oxydant), un combustible (réducteur) et divers autres produits pour leur conférer des propriétés particulières et qui peuvent se décomposer selon trois modes:
1. combustion simple
2. déflagration
3. détonation .
Le mode de décomposition dépend essentiellement de :
-La nature de l’explosif et sa sensibilité à l’amorçage,
-Son confinement.
Un explosif peu sensible non confiné peut se décomposer sous la forme d’une combustion simple. Si le confinement augmente, le régime de décomposition sera la déflagration ou la détonation.
En fonction de la vitesse de transformation de la matière on distingue :
-Les explosifs déflagrants : leur vitesse de décomposition est relativement lente (quelques centaines de mètres par seconde),
-Les explosifs détonants : leur décomposition est rapide (2000 à 8000 m/s) produisant ainsi une onde de choc.
Les explosifs sont classés aussi d’après leur sensibilité on trouve :
-Les explosifs primaires : très sensible et peuvent être amorcés par une flamme ou un faible choc,
-Les explosifs secondaires : relativement moins sensibles. Leur détonation ne peut être amorcée facilement que par la détonation d’un autre explosif.
Types d’explosifs utilises dans les carrières
On distingue quatre types d’explosifs:
– Les dynamites:
Les dynamites contiennent de 10 à 90 % de nitroglycéroglycol (NGL), mélange de nitroglycérine et dinitroglycol, composant qui assure la qualité antigel de la dynamite. La nitroglycérine est très sensible au choc et à la friction et sont à manipuler avec des gants pour limiter l’effet toxique de la nitroglycérine.
– Les explosifs nitratés:
Les explosifs nitratés sont à base d’ammonium 80% environ et d’un explosif pur (TNT, pentrite)
– Les émulsions:
Les émulsions sont des mélanges de deux liquides : du nitrate d’ammonium en solution aqueuse emprisonnées dans une matrice liquide à base d’huile, l’ensemble étant stabilisé par des tensioactifs.
– Les nitrates fuels (ANFO):
Les nitrates fuels sont constitués de nitrate d’ammonium 94% en grain et d’huiles minérales en général du fuel domestique 6%.
Travail de l’explosif
Une explosion est un phénomène au cours duquel des gaz sous pression sont engendrés et libérés en un temps extrêmement court. Ce phénomène se produit lorsqu’un explosif subit une détonation. Dans ce cas, une onde de choc se propage à travers l’explosif accompagné par une réaction chimique exothermique, libérant ainsi une grande quantité de gaz à haute pression et température. La détonation se propage dans l’explosif avec une vitesse supérieure à celle du son. Initialement l’explosif se trouve dans les conditions de température. Pression et onde de détonation volume massique T0, P0, V0. A la fin de réaction, les produits de réaction sont aux conditions T1, V1. Dans la zone Z3 (figure 1.1). Les gaz de décomposition se détendent et participent aux effets mécaniques de l’explosion.
Conception des plans de tir
La conception d’un plan de tir, correspond à la définition de la géométrie de foration, du chargement des mines et des délais d’initiation. Fondamentalement, elle consiste à assurer:
– Le fonctionnement normal des charges: pour leur offrir une surface libre et un volume de dégagement adaptés: il s’agit de la maîtrise [1] du fonctionnement du tir, mine par mine: à ce principe correspondent des règles dites d’efficacité. Les processus de fragmentation (propagation des ondes de chocs et des gaz) et de déplacement de la roche (gonflement du massif) doivent avoir le temps de se réaliser.
– Le fonctionnement correct des produits: en évitant les problèmes de désensibilisation de l’explosif (incapacité à s’amorcer).
– La sécurité de fonctionnement de la totalité du tir: le fonctionnement théorique des produits explosifs et de chaque charge, dans les conditions d’amorçage données, ne garantit pas le fonctionnement de la totalité du tir mis en œuvre. D’autres facteurs peuvent être à l’origine d’anomalies ou de dysfonctionnements graves des tirs. Ces risques sont plus difficiles à appréhender et correspondent en général à des arrachements de charges, des projections, ou a coupure du réseau d’amorçage de surface avant l’initiation de tout le tir.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 – Etude de l’abattage des roches à l’explosif
1.1 – Introduction
1.2 – La théorie du travail à l’explosif
1.2.1 – Types d’explosifs utilises dans les carrières
1.2.2 – Travail de l’explosif
1.3 – Conception des plans de tir
1.4 – Processus technique de tir
1.4.1 – Type, poids et répartition de l’explosif
1.4.2 – Diamètre du trou
1.4.3 – La ligne de moindre résistance
1.4.4 – Espacements efficaces
1.4.5 – Excès de forage
1.4.6 – L’inclination du trou
1.4.7 – Le bourrage
1.4.8 – Initiation des explosifs et types d’amorçage
1.4.9 – Retards entre les trous successifs et la mise à feu de rangée
1.5 – Mécanismes de la Fragmentation
1.5.1 – Effet général des ondes de choc dans le massif rocheux
1.5.1.1 – Zone de broyage
1.5.1.2 – Zone de fissuration radiale
1.5.1.3 – Zone sismique
1.5.2 – Effet des ondes réfléchies
1.5.3 – Fragmentation finale – Mise en mouvement
1.5.3.1 – Effet de la présence d’une face libre
1.5.3.2 – Effet des gaz libérés
1.5.4 – Autres théories de la fragmentation
1.6 – Les paramètres liés aux tirs
1.6.1 – Données de base de la mise en œuvre d’un tir minier
1.6.2 – Les propriétés de la matrice rocheuse
1.6.2.1 – Effets des discontinuités naturelles
1.6.2.2 – Influence du type de roche.
1.6.3 – Les paramètres liés à l’énergie explosive
1.6.3.1 – La consommation spécifique
1.6.3.2 – La géométrie de tir
1.6.3.3 – L’amorçage.
1.7 – Conclusion et commentaires
Chapitre 2 – Processus physique de l’abattage des roches a l’explosif
2.1 – Introduction
2.2 – Etude des théories de la rupture des roches
2.2.1 – Théorie de l’expansion du gaz
2.2.2 – Théorie de la réflexion de l’onde de choc
2.2.3 – Théorie de la parution- charge
2.3 – approche moderne à l’interprétation de rupture des roches dans le tir des gradins
2.4 – Effet de la ligne de moindre résistance sur le mécanisme de tir
2.4.1- Tir de gradin
2.4.2- Tir de cratère
2.4.2.1 – Zone d’énergie de déformation
2.4.2.2 – Zone du choc
2.4.2.3 – Zone de la fragmentation
2.4.2.4 – Zone de l’air de tir
2.5 – Conclusion
Chapitre 03 : Modèles informatiques pour la fragmentation des roches
3.1 – Introduction
3.2 – Simulation des tirs
3.3 – Classification des modèles de calcules
3.3.1 – Modèles algébriques
3.3.2 – Modèles de comportement composite
3.3.2.1 – Le modèle « Bedded Crack » et de code ‘’Shale’’
3.3.2.2 – Modèle Nag-Frag
3.3.3 – Modèles empiriques
3.3.3.1 – Modèle Kuz-Ram
3.3.3.2 – Modèle de LANGEFORS
3.3.4 – Modèles physiques
3.3.5 – Modèles mécaniques.
3.3.5.1 – Modèle Blaspa
3.3.5.2 – Modèle Frag
3.3.6 Autres modèles
3.4 – Conclusion
Chapitre 04 – Etude de la mécanique de tir des roches par utilisation de modèles réduits
4.1 – Introduction
4.2 – Considération générale
4.2.1 – Sous-systèmes de la fragmentation
4.2.2 – Economie de la fragmentation
4.3 – Elément essentiel du modèle par ordinateur
4.3.1 – Etude de l’onde de déformation produite par une charge concentrée
4.3.2 – Concepts fondamental de l’onde de déformation d’une charge cylindrique dans le tir des gradins
4.4 – Les paramètres de l’onde de déformation à partir d’une charge de colonne dans un tir de gradin on utilisant le modèle informatique
4.5 – Point d’initiation de l’explosif et la fragmentation dans le tir des gradins
4.6 – La fragmentation et la vitesse de détonation
4.7 – Influence de la ligne de moindre résistance sur la fragmentation
4.7.1 – Tir des gradins
4.7.2 – Tir du cratère
4.8 – Conclusion
Conclusion générale
