GENERALITES SUR LES TECHNIQUES D’ABATTAGE A L’EXPLOSIF

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Contexte géologique général et structural

Le socle précambrien représente le quart du territoire sénégalais et constitue la partie sud-est du pays.
Les formations du socle précambrien sont constituées à l’Ouest par la chaîne des Mauritanides bordant la partie orientale du bassin sédimentaire et à l’Est par les séquences volcano-sédimentaires du Paléoprotérozoïque de la boutonnière de Kédougou-Kéniéba (Fig.6).
Avant 2010, cette boutonnière a été subdivisée en séries puis en supergroupes (le supergroupe de Mako, le supergroupe du Dialé et le supergroupe de la Daléma) qui sont associés vers l’Ouest au tronçon sénégalais de la chaine calédono-hercynienne des Mauritanides.
Depuis 2010 les travaux de cartographie du PASMI subdivisent la géologie du Sénégal oriental où affleure la boutonnière de Kédougou-Kéniéba en deux supergroupes :
– le supergroupe du Birimien (boutonnière de Kédougou-Kéniéba) ;
– le supergroupe des Mauritanides (tronçon sénégalais de la chaine des Mauritanides).
Le supergroupe des Mauritanides affleure à l’Ouest et Nord du Sénégal oriental.
Il est constitué de trois domaines tectoniques principaux :
– le domaine allochtone à parautochtone qui correspond aux unités géologiques du bassin de Taoudéni, plus ou moins affecté par la mise en place des nappes associées à la structuration des Mauritanides;
– le domaine parautochtone constitué par des roches charriées vers l’Est donc pour la plupart en contact tectonique
– Le domaine parautochtone à allochtone constitué de deux sous-domaines qui correspondent aux branches de Koulountou (Villeneuve, 1984) et à une partie du groupe de Guinguan (Chiron, 1964 ; Bassot, 1966 ; Villeneuve, 1984 ; Brinkmann & Meinhold, 2007).

Géologie du groupe de Niokolo-Koba

Le groupe de Niokolo-Koba appartient au domaine parautochtone et affleure au Parc National de Niokolo-Koba sur plus de 900 km2 selon une bande de 15 Km de large comprise entre la route nationale au NE et la Koulountou au SW.
D’un point de vue lithologique ce groupe est essentiellement composé de roches felsiques et de roches volcaniques qui s’intercalent avec de rares roches volcano-clastiques et épiclastiques. La pile volcanique est intrudée par de rares dykes de microgranites.
La suite intrusive de Linkékountou représente dans cette partie un corps batholitique de 300 km2 de surface d’affleurement avec une géométrie suggérant une faible inclinaison des horizons avec des formations de plus en plus jeunes vers l’Est.
Le Niokolo-Koba est peu affecté par le tectono-métamorphisme (Villeneuve, 1984; Théveniaut et al, 2010).
Le groupe de Niokolo-Koba comprend plusieurs unités (Théveniaut et al, 2010) :
– la Formation de Niokolo-Koba 1 à dominante felsique à volcanique intermédiaire recoupée par la granodiorite de Linkékountou avec un contact intrusif peu affecté par la tectonique ultérieure contre tenu de l’absence de cisaillement perceptible macroscopiquement pour les roches situées à quelques mètres du contact;
– la Formation de Niokolo-Koba 2 formée de roches pyroclastiques à hyaloclastiques à grains fins reposant stratigraphiquement sur la Formation de Niokolo-Koba 1 et recoupée par la suite intrusive de Linkékountou;
– la Formation de Niokolo-Koba 3 qui affleure à 600 m au NNE du poste de garde de Linkékountou est à dominante volcanique mafique et d’agglomérats. Elle s’intercale entre les successions volcaniques felsiques à intermédiaires des formations de Niokolo-Koba 1 et 2;
– la Formation de Niokolo-Koba 4 affleure sur une bande de 4 km de large sur plus de 50 km de long, elle est en contact intrusif avec la suite de Linkékountou, de similitudes pétrographiques avec certains faciès de la Formation de Niokolo-Koba 1, elle renferme des grès microconglomératiques faiblement triés;
– la Formation de Niokolo-Koba 5 formée de roches fortement altérées et transformées en kaolinite blanche ou saprolite. La présence de veines de quartz suggère une importante activité tectonique indiquant des contacts chevauchants ou faillés.
Ce groupe a été daté de 631± 3 Ma et interprété comme résultant d’une cristallisation magmatique (Théveniaut et al, 2010).
• Conclusion partielle
L’étude bibliographique montre que le substratum sénégalais est constitué de deux grands ensembles géologiques :
– le bassin sédimentaire dans lequel se trouve la Presqu’île du Cap-Vert caractérisée par ses formations en majorité d’âge méso-cénozoïque, ses sédiments en dominants marins et sa structuration caractérisée par des horsts délimités par des grabens;
– le socle précambrien qui occupe la partie sud-est du pays et où se trouve le secteur de Mansadalla. Cette partie est marquée par la présence de la chaîne des Mauritanides et les séquences volcano-sédimentaires du paléoprotérozoïque.

LES EXPLOSIFS

Définition

Un explosif est une substance ou un mélange de substances qui, par un apport d’énergie (thermique ou mécanique par exemple) est susceptible de se décomposer très rapidement en libérant brutalement une grande quantité d’énergie.

Composition des explosifs

Les explosifs sont constitués essentiellement par des comburants ou oxydants (nitrates minéraux, nitrate d’ammonium, nitrate de sodium, etc) et des combustibles ou réducteurs (fiouls, les huiles diverses, les tourbes, la farine de bois, l’aluminium, etc).
Certains d’entre eux ont un rôle annexe ; par exemple comme celui de diminuer la sensibilité aux chocs par l’absorption de la nitroglycérine ou celui d’apporter de l’énergie complémentaire à l’explosif.
Le rôle des comburants est d’apporter de l’oxygène nécessaire à la combustion des composés organiques explosifs et celle des ingrédients non explosifs.
Les explosifs renferment également des composés chimiques explosifs et des matières inertes et des additifs.

Classification des substances pyrotechniques

Les substances pyrotechniques peuvent être classées en trois grandes catégories selon leur domaine d’utilisation et leurs effets :
– les explosifs qui sont des substances explosives dont le régime de décomposition normal est la détonation ;
– les poudres ou propergols à régime déflagrant ;
– les compositions pyrotechniques qui peuvent selon l’effet recherché détoner, déflagrer ou brûler (fig. 7).

Mode de décomposition

Parmi les explosifs civils, plusieurs sous-familles d’explosifs existent. Elles se distinguent les unes des autres par la formulation chimique du composé explosif et par sa structure, et sont en général classées selon leur rapidité de décomposition (vitesse de détonation). De la nature et la rapidité de leur décomposition dépendent la puissance de l’explosion et l’énergie totale libérée lors de la réaction ce qui permet de distinguer les explosifs détonants des explosifs déflagrants (annexe I).
– Les explosifs déflagrants, se décomposent à une vitesse de l’ordre de 400 à 2000 m/s, le plus connu de cette famille est la poudre noire.
– Les explosifs détonants quant à eux, se décomposent à une vitesse comprise entre 2000 et 7000 m/s.
Tous les explosifs utilisés dans les travaux publics, mines et carrières sont du type détonant sauf la poudre noire comprimée, explosif déflagrant utilisé dans les carrières de granite.

Les différents types d’explosifs industriels

Les explosifs déflagrants

Le seul explosif industriel autorisé pour le traitement des roches est la poudre noire comprimée qui est constituée d’un mélange de salpêtre (nitrate de sodium), de charbon de bois et de soufre, finement pulvérisés. Elle se présente en cartouches cylindriques.
On emploiera les explosifs déflagrants lorsqu’on voudra simplement obtenir des blocs sans fissures. La poudre noire est très sensible à la flamme et craint l’humidité.

Les explosifs détonants

Ils sont dans l’ordre de leur apparition :

Les dynamites (1860-1870)

Ce sont des explosifs dont le principal constituant est un mélange de nitroglycérine et de dinitroglycol absorbé par un support tel que le coton azotique. Elles contiennent 10 à 90 % en masse de nitroglycéroglycol (NGL). La nitroglycérine est très sensible aux chocs et également très toxique.
Les dynamites résistent bien à l’humidité et à l’eau. Grâce à leur vitesse de détonation très élevée (4 000 à 6 000 m s-1), elles sont utilisées dans les travaux publics et au niveau des carrières des roches dures et très dures. Mais actuellement leur usage est très réduit.

Les nitratés (1920-1930)

Ce sont des explosifs dont le constituant essentiel est le nitrate d’ammonium (environ 80% en masse) associé à un explosif pur (TNT, pentrite) pour rendre le mélange sensible à l’amorçage. Ils sont d’une consistance pulvérulente. Ils sont livrés en cartouches et les deux variétés les plus utilisées sont le N 31 R et N 40 R. Leur vitesse de détonation varie de 4 000 à 5 000 m s-1.
Ils sont peu sensibles aux chocs mais par contre, ils sont sensibles à l’humidité.
 Les nitrates-fiouls ou ANFO (1956-1960)
Les nitrates-fiouls sont des explosifs en vrac utilisés dans la charge de colonne pour l’abattage des roches tendres et dures, en carrière et sur chantier, en l’absence d’eau. L’emploi du nitrate-fioul permet un bon couplage entre l’explosif et la roche à abattre et limite les risques de discontinuité de la charge.
– Les ANFO ordinaires ou binaires
Ces explosifs appartiennent à la famille des explosifs nitratés. Cependant, il convient d’en faire une catégorie à part compte tenu de leur propriété explosive et de leur mode d’utilisation.
Ils sont composés de 94% en masse de nitrate d’ammonium et de 6% de fuel domestique.
Ils s’agissent de l’ANFOTITE N° 1+ et l’ANFOTITE 2+ de couleur blanche rosée.
La réaction de la combustion s’effectue de la manière suivante : 37NH4NO3 + C12H26 12 CO2 + 87 H2O + 37 N2
Si les proportions stœchiométriques associées (94% en masse de nitrate d’ammonium et 6% en masse de fuel) sont mal respectées, la combustion peut être incomplète (déficit d’O2, production de CO) ou trop riche en oxygène, ce qui a pour effet principal la production de gaz toxiques (NOx principalement) (Fig. 8).
La maîtrise technique de la fabrication du nitrate-fuel sur site est donc un enjeu de performances techniques et environnemental de l’exploitant.
Il faut noter que la composition idéale (composition pour laquelle, on a une vitesse de détonation optimum) est de 94,5% en masse de nitrate d’ammonium en grains de densité 0,8 et 5,5% de fuel domestique (annexe II).
Ces explosifs, se présentant sous forme de petits granulés, sont livrés en vrac par sac de 25 kg et ils sont versés directement dans les trous de mine verticaux ou chargés pneumatiquement dans les trous de mine horizontaux.
 Les ANFO dopés ou ternaire : on a ANFOTITE N° 3+ qui est un explosif ternaire renforcé par l’addition de poudre d’aluminium, en granulés, de couleur blanc grisâtre.
 Les gels ou les bouillies (1970)
Ils sont constitués d’un mélange de sel (comburant), généralement des nitrates minéraux dissouts dans l’eau, et d’une phase combustible parfois soluble dans l’eau (sucre, glycol, aluminium).L’ensemble est épaissi par un agent gélifiant qui donne au produit l’aspect voulu (bouillie fluide pompable en vrac ou explosifs pâteux en cartouche) et maintient les produits non solubles en suspension. Les gels sont insensibles à l’eau et très peu sensibles aux chocs.
 Les émulsions explosives (1980)
Ce sont des mélanges intimes de nitrates minéraux en solution aqueuse dispersées en gouttelettes très fines (de taille inférieure au micromètre). Plus les gouttelettes sont fines plus l’émulsion est stable. Ces émulsions sont sensibilisées par la présence de bulles gazeuses bien dispersées pouvant être produites par un agent chimique ou induites sous forme de billes creuses. On peut citer dans ce groupe les EMULSTARS et LES EXPLUS qui se présentent sous forme d’encartouchés insensibles à l’eau et peu sensibles au choc.
 Les ANFO alourdis (1990)
Ils appartiennent à la génération d’explosifs la plus récente et sont constitués par du nitrate fuel (25 à 75 %) enrobé dans une matrice d’explosifs bouillis ou d’émulsion (25 à 75 %) dont le rôle est d’améliorer les performances et la résistance à l’eau du nitrate fuel sans en accroître la sensibilité.

Les explosifs spéciaux

Il existe des explosifs spéciaux qui sont particulièrement utilisés sur les chantiers de travaux publics.

La cisalite

C’est un gel allégé sous forme de chapelet (le diamètre de la cartouche est 25 mm), elle est adaptée aux travaux de découpage et de prédécoupage.

Le cisalex

C’est un explosif nitraté particulièrement adapté dans les travaux de démolition et de découpage.

Le Boustex 65

C’est un relai d’amorçage de 350g en explosifs coulé dont le pouvoir et la facilité d’emploi sont appréciés dans les travaux de minage.

Caractéristiques des explosifs industriels

Caractéristiques techniques (annexes)

• La densité des explosifs industriels est une caractéristique physico-chimique qui a le plus d’influence sur le comportement explosif (vitesse de détonation, énergie volumique).
• Lorsque les trous sont remplis d’eau il est nécessaire d’utiliser des explosifs denses pour une bonne descente dans l’eau (attention au chargement du nitrate-fioul dans la gaine.
• L’humidité réduit la sensibilité à l’amorce et l’aptitude à la transmission de la détonation.

Caractéristiques de sécurité

Les caractéristiques de sécurité des explosifs sont liées :
 aux fumées de tirs ;
 au vieillissement ;
 à la résistance aux conditions climatiques ;
 à la sensibilité à l’amorçage ;
 à la sensibilité au choc et à la friction ;
 au coefficient de self excitation.

Caractéristiques liées à la performance des explosifs

Elles sont dues à la densité de l’explosif, à la vitesse de détonation, au diamètre de la charge, mais  également à la puissance d’amorçage et au type d’amorçage.

Mode d’action de l’explosif dans le massif rocheux

Le processus de la fracturation à l’explosif repose sur l’action combinée de l’onde de choc et des gaz d’explosion.
Dans un trou de mine, l’onde de choc, sur son passage, fissure le terrain, et les gaz fortement pressurisés ouvrent les fissures et disloquent le matériau (annexe V).

Les systèmes d’amorçage

Pour provoquer la décomposition des explosifs, il existe un grand nombre de méthodes qui relèvent des techniques d’amorçage. L’énergie d’activation permettant la décomposition est fonction de la sensibilité à l’amorçage de l’explosif. L’amorçage aura donc deux fonctions essentielles :
– la mise en détonation correcte des charges ;
– la séparation des détonations des charges dans le temps. Pour ce faire, le système d’amorçage est composé de divers éléments ayant un ou plusieurs rôles précis :
• initiation ;
• retard ;
• transmission ;
• amorçage proprement dit.

La mise en détonation

La mise en détonation peut être réalisée par :
– cordeau détonant : dans ce cas on parle d’amorçage latéral ;
– un détonateur éventuellement accompagné d’un bousteur ou d’une cartouche : c’est l’amorçage ponctuel.

La transmission de l’ordre de détonation

La transmission de l’ordre de détonation se fait en surface et, dans le cas de l’amorçage ponctuel dans le trou.

Les retards

Les retards sont soit en surface (relais, raccords, détonateur sur cordeau, exploseur séquentiel) soit dans le trou, soit les deux.
La combinaison de retard de surface et de retard de fond de trou permet une simplification de la mise en place plus répétitive et une plus grande souplesse d’utilisation.
Dans un trou séquentiel chaque trou doit faire son « travail » et uniquement son « travail » sinon on assiste le plus souvent à une fissuration d’un plus grand volume du massif qui conduit à une granulométrie plus grossière, il faut donc laisser au processus de fragmentation de chaque trou le temps de s’achever.

Position de l’amorçage

Selon la position de l’amorçage on distingue l’amorçage fond de trou ou amorçage ponctuel et l’amorçage au cordeau détonant ou amorçage latéral.

L’amorçage ponctuel ou fond de trou

C’est un système d’amorçage universel permettant généralement un bon rendement des explosifs et du tir. L’onde qui se propage dans le massif remonte vers la zone de bourrage et se réfléchit. Les gaz confinés en pied favorisent un bon déplacement de celui-ci. L’amorçage fond de trou va diriger l’onde de choc vers les surfaces libres et favoriser la fragmentation.
L’amorçage en fond de trou impose une continuité parfaite de la charge explosive. Dès qu’un doute apparait sur cette continuité, il est nécessaire de mettre en œuvre des amorçages complémentaires de sécurité.
L’amorçage fond de trou permet de séparer dans le temps les détonations de charge d’un même trou, ce qui diminue les nuisances.
Pour créer l’onde de choc initiale nécessaire pour entrainer l’explosion de la charge, mais aussi les retards entre les départs des différentes charges, permettant de séquencer le tir pour obtenir de meilleurs résultats, on utilise des dispositifs d’amorçage appelés détonateurs.
Les détonateurs initient une détonation dans les explosifs contigus à l’aide d’une charge amorçante de 0,6 g de pentrite, elle-même activée par un explosif primaire très sensible (capable de passer d’une combustion ordinaire à une détonation).
L’amorçage ponctuel comprend :
 les détonateurs électriques ;
 les détonateurs non électriques (Nonels);
 les détonateurs électroniques.

Les détonateurs électriques

L’amorçage électrique se compose de :
 trois niveaux d’intensité :
– haute intensité (HI) pour les travaux souterrains, environnement radio électrique ;
– moyenne intensité (MI) : applications courante ;
– basse intensité : quasiment disparu.
 deux types de retards :
– micro retards 25 ms du n°0 (instantané) au n° 20 (20×25= 500 ms) ;
– retard ½ du n°0 au n° 12 (12×0, 5= 6 s) ;
 plusieurs longueurs de fils :
– en écheveau pour 4 ; 6 ; 8 et 10 m, fil 51/100° ;
– en bobine pour 10 m et plus.
 Charge explosive de 0,8 g de pentrite.

Les détonateurs non électriques

• Tous les détonateurs d’amorçage sont identiques ;
• on crée le retard entre chaque trou de mine par un raccord de surface clippé au tube du détonateur d’amorçage ;
• les raccords existent en différents retards : 17 ; 25 ; 42 ou 67 ms.

Les détonateurs électroniques

Principe :
• tous les détonateurs sont identiques ;
• le retard est donné par une puce électronique qui délivre le moment venu de l’énergie nécessaire à l’initiation de la tête d’allumage ;
• le temps de retard est programmé à partir d’une console de tir, de 0 à 15000 ms par intervalle de 1 ms ;
• le raccordement se fait en parallèle ;
• avant le tir, chaque détonateur est identifié et vérifié par la console ;
• le tir ne peut être mis en feu que si tous les détonateurs sont prêts et en bon état de fonctionnement.

Table des matières

Résumé
INTRODUCTION GENERALE
I. PROBLEMATIQUE DE L’ETUDE
II. METHODOLOGIE ET MATERIEL UTILISE
PREMIERE PARTIE : PRESENTATION DES ZONES D’ETUDE
CHAPITRE I : LES SECTEURS DE POUT ET DE LAM- LAM
I. Contexte géographique
II. Contexte géologique et structural
II.1. Généralités sur le bassin sédimentaire sénégalais
II.2. Géologie de la Presqu’île du Cap-Vert et du plateau de Thiès
II.2.1. Stratigraphie
II.2.2.Tectonique
CHAPITRE II : LE SECTEUR DE MANSADALLA (SENEGAL ORIENTAL)
I. Contexte géographique
II. Contexte géologique général et structural
II.2. Géologie du groupe de Niokolo-Koba
 Conclusion partielle
DEUXIEME PARTIE : GENERALITES SUR LES TECHNIQUES D’ABATTAGE A L’EXPLOSIF
CHAPITRE I : LES EXPLOSIFS
I. Définition
II. Composition des explosifs
III. Classification des substances pyrotechniques
IV. Mode de décomposition
V. Les différents types d’explosifs industriels
V.1. Les explosifs déflagrants
V.2. Les explosifs détonants
V.2.1. Les dynamites (1860-1870)
V.2.2. Les nitratés (1920-1930)
V.3. Les explosifs spéciaux
V.3.1. La cisalite
V.3.2. Le cisalex
V.3.3. Le Boustex 65
VI. Caractéristiques des explosifs industriels
VI.1.Caractéristiques techniques (annexes)
VI.2. Caractéristiques de sécurité
VI.3. Caractéristiques liées à la performance des explosifs
VII. Mode d’action de l’explosif dans le massif rocheux
VIII. Les systèmes d’amorçage
VIII.1. La mise en détonation
VIII.2. La transmission de l’ordre de détonation
VIII.3. Les retards
VIII.4. Position de l’amorçage
VIII.4.1. L’amorçage ponctuel ou fond de trou
VIII.4.1.1. Les détonateurs électriques
VIII.4.1.2. Les détonateurs non électriques
II.4.1.3. Les détonateurs électroniques
VIII.4.2. L’amorçage latéral
CHAPITRE II : LE FORAGE
I. Définition du forage
III. Le choix des engins de forage
I. Définition et choix des paramètres de forage
II. Les techniques de contrôle du forage
CHAPITRE III : LE MINAGE
I. Définition
II. Le plan de tir
II.1. Le plan d’implantation
IV.2.Le plan de chargement
IV.2.1. La charge spécifique
IV.2.3. La charge instantanée
IV.3. Répartition des charges dans les trous de mine
IV.3.1. La charge de pied
IV.3.2. La charge de colonne
IV.4. Le plan d’amorçage
III. Les différents types de tirs
V.1. Les tirs de masse
V.2. Les tirs en gradin
V.3. Les tirs de tranchées
V.4. Les tirs spéciaux
V.4.1. Le pétardage de blocs rocheux
V.4.2.Tir à l’anglaise
IV. Les retombées technico-économiques des tirs de mine
V. Les paramètres influençant les résultats d’abattage
VII.1.Influence de la matrice rocheuse
VII.2.Influence du type d’explosif et du couplage explosif /roche
VII.3. Influence des paramètres de conception
VI. Nouvelles méthodes de conception et de calcul des tirs
VII. Les nuisances engendrées par les tirs de mine
IX.1. Les vibrations
IX.1.1. Les facteurs qui conditionnent le niveau de vibration
IX.1.1.1. Les facteurs géologiques
IX.1.1.2. Les facteurs liés à l’exploitation
IX.1.1.3. Acquisition de données vibratoires
IX.1.1.4. Prévision des vibrations générées par un tir
IX.2.La surpression aérienne
IX.3. Les projections excessives
VIII. L’Aspect économique de l’abattage
TROISIEME PARTIE : ETUDES DE CAS
CHAPITRE I : LES CALCAIRES DE POUT
I. Situation
II. Géométrie de l’exploitation :
III. Caractérisation géologique du massif rocheux
III.1. Caractérisation géologique globale
 La stratigraphie
 L’altération
III.2. Caractérisation géostructurale
III.2.1. Contexte régional
III.2.2.Tectonique de la carrière de Pout
III.2.2.1.Levés de discontinuités
IV. L’abattage
IV.1. Les techniques adoptées par MINEEX
IV.1.2. Le forage
 Les difficultés rencontrées lors du forage
IV.1.3. Le minage dans la carrière de Pout
IV.1.3.1. Le type d’explosif
IV.1.3.2. La consommation spécifique
IV.1.3.3. La charge unitaire
CHAPITRE II: LES LATERITES DE LAM-LAM
I. Situation
II. Contexte géologique :
III. Etude de la carrière
 Lithologie
 Structures
IV. L’abattage à Lam-Lam
IV.1. Le forage
IV.2. Les difficultés rencontrées lors du forage
IV.3. Le minage dans la carrière de Lam-Lam
IV.3.1. Le type d’explosif
IV.4. La consommation spécifique
IV.5. La charge unitaire
CHAPITRE III: LES DOLERITES DE MANSADALLA (SENEGAL ORIENTAL)
I. Situation
II. Contexte géologique du gisement
III. Lithologie de la carrière de Mansadalla
IV. Tectonique de la carrière de Mansadalla
V. L’abattage
V.1. Les techniques adoptées par MINEEX
V.1.1. Le forage
V.1.2. Les difficultés rencontrées lors du forage
V.1.2. Le minage dans la carrière de Mansadalla
V.1.2.1. Le type d’explosif
V.1.2.2. La consommation spécifique
V.1.2.3. La charge unitaire
 Conclusion partielle
 CONCLUSION GENERALE ET RECOMMANDATIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUE

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