Soutenance mémoire
La préparation de la roche à l’excavation peut s’effectuer de plusieurs façons : attaque directe du massif, rippage mécanique, forage et tir, hydro mécanisme (gisement alluvionnaire). Notre travail sera consacré dans sa plus grande partie au rippage des calcaires. La préparation des terrains des carrières par rippage dans les masses rocheuses dures et abrasives est désirable pour perfectionner l’efficacité opérationnelle et la performance des machines d’excavation .La différence essentielle entre l’utilisation des travaux de forage et de tir et le rippage mécanique réside dans l’utilisation de l’énergie de l’explosif dans le premier cas et l’énergie mécanique générée par les bulldozers et transmise au terrain à travers les rippers dans le second cas. La rippabilité des masses rocheuses dépend essentiellement du type de la roche, du degré et du caractère de fissuration, de son altérabilité, de la vitesse des ondes sismique, de l’abrasivité de la roche et de sa résistance à la traction. L’expérience pratique de l’application des rippers a relevé que lors de la présence des fissurations dans les massifs, le rippage des roches même à grande résistance devient facile et efficace. Les méthodes d’appréciation des propriétés physico mécaniques des roches basées sur la détermination de leurs résistances à différents types de charges ne reflètent pas radicalement l’état des massifs, notamment leur fissuration et leur stratification. Pour avoir l’information sur les propriétés des massifs exploités, on peut utiliser les méthodes sismiques axées sur l’étude du caractère de la propagation des ondes élastiques dans le massif qui sont rapides et relativement moins chères. On a établi que la vitesse de la propagation des ondes élastiques se trouve dans une bonne corrélation avec la résistance et la fissuration du massif rocheux.
Etude bibliographique
Techniques d’excavation des massifs rocheux
Dans les opérations minières de surface les systèmes d’excavation sont divisés en deux groupes : système continu et système discontinu . La rippabilité peut être définie comme une mesure de la susceptibilité d’une roche à l’excavation par des rippers tractés par tracteur. Dans le passé la rippabilité de roche a été appréciée par la mesure de la vitesse séismique, (Ateco, 1970, Church, 1981).Une des plus grandes usines fabricant d’équipements de terrassement de (Caterpillar tractor co.) a développé l’utilisation du séismographe de réfraction pour déterminer la rippabilité des matériaux et a offert une carte de la rippabilité des roches en fonction des vitesses séismiques (Dubbe. 1974).
La capacité de production des rippers, le capital et le coût des opérations ayant un rapport avec la vitesse des ondes séismiques du matériau a été reportée par un nombre d’auteurs incluant Horace et Church, 1970-1974, Cat. Tract. Co., 1980. Ces relations laissent poser des questions car elles suggéraient que la vitesse séismique fournit une mesure de la rippabilité de la formation de la roche, il peut être démontré vue que la vitesse des ondes séismiques n’est pas le seul paramètre adéquat pour cette interprétation.
Techniques empiriques
Franklin (1970) suggérait qu’une classification d’une masse rocheuse dans laquelle deux propriétés de roche principalement la discontinuité et la résistance jouent des rôles majeurs.
L’indice de fracture est utilisé comme une mesure de discontinuité et est défini comme la taille moyenne des blocs que constitue la masse rocheuse. L’indice de fracture est obtenu à partir des dimensions de morceaux dans un tas de roches excavées ou à partir de la distance moyenne de la fracture dans une carotte. L’indice de résistance est déterminé en utilisant trois essais simples (essai de charge de point) dépendant de la dimension et de la forme des éprouvettes, (Singh, Hassani et Elkington 1983). L’indice de fracture et l’essai de résistance de charge de pointe enregistré sur une longueur de carotte peuvent être tracés sur un diagramme de classification pour prédire la rippabilité . Le diagramme de classification est divisé en trois zones typiques de performance du ripper. L’expérience significative basée sur la meilleure performance des données du terrain est requise pour tracer les lignes transitoires plus justes entre les zones.
Weaver (1975) a suggéré un diagramme d’estimation de classification pour l’évaluation de la rippabilité similaire au système géomécaniques de (Bieniawski, 1976).La rippabilité du matériau est basée sur plusieurs paramètres tels que la vitesse séismique, la dureté de la roche et états ou conditions de direction et jauge. Chaque paramètre lui est alors attribué une valeur numérique qui peut être employée pour évaluer la rippabilité de la roche. Certains de ces paramètres, cependant, comme la continuité de fissures, jauge, direction de couche ne peuvent pas être facilement mesurés à l’étape initiale de la conception de la mine. Le paramètre d’entrée, dureté de la roche qui est en outre un paramètre subjectif dépendant de l’opinion personnelle du géologue, ce dernier est largement utilisé avant d’arriver à l’essai de charge de pointe. Ceci donne lieu à une table où sont proposés certains types de machines en fonction de ces paramètres .
But, problèmes à résoudre, méthode de recherche utilisée
Le but essentiel de notre travail consiste en l’évaluation des divers paramètres qui contrôlent les performances des rippers en fonction de la qualité de la roche tout en se basant sur une étude détaillée de la rippabilité des roches qui tient compte essentiellement des propriétés physico-mécaniques ,géotechniques et géophysiques. Les principaux avantages du rippage mécanique sont :
– L’augmentation des indices économiques lors de l’exploitation des couches de petite puissance comparativement avec la méthode des travaux de forage et de tir (2 à 3 fois moins chers) ;
– La sécurité des travaux, l’absence de l’effet sismique sur les équipements stationnaires et les ouvrages d’accès, l’absence de temps mort pour l’équipement d’extraction lié à la nécessité de réalisation des travaux de forage et de tir ;
– La possibilité de réglage de la fragmentation de la masse minière, permettant d’augmenter l’efficacité du travail des mécanismes de chargement et de transport, d’élargir le domaine de l’application rationnelle du transport par convoyeur et dans certain cas d’exclure le concassage préalable ;
– Le sur broyage minimal permettant la diminution des pertes et l’amélioration de la qualité des matériaux carbonatés ;
– La grande manœuvrabilité des agrégats avec leurs organes de travail pour la préparation à l’excavation des roches dures, ce qui permet de réduire considérablement les dimensions du bloc et l’utilisation rationnelle de ce type d’équipement dans les conditions les plus étroites lors de l’excavation sélective.
Les problèmes nommés se résolvent par :
– L’analyse de l’expérience acquise de la littérature
– L’étude des conditions géologiques et minières.
– La procédure à l’étude de mesure des discontinuités dans le massif.
– Les prélèvements d’échantillons au niveau de la carrière et préparations des éprouvettes pour les essais au laboratoire,
– L’expérimentation sur site.
– L’établissement d’une carte sur la rippabilité dans la carrière.
– L’élaboration de tous les schémas technologiques nécessaires pour la mise en œuvre des recommandations.
– l’approbation et les recommandations proposées dans la carrière.
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Table des matières
Introduction générale
1. Etude bibliographique
1.1. Techniques d’excavation des massifs rocheux
1.2. Techniques empiriques
1.3. But, problèmes à résoudre, méthode de recherche utilisée
2. Equipements d’excavation minière
2. 1 Les excavateurs
2. 1.1. Généralités
2. 2. Développement historique
2. 2.1. La roue-pelle
2. 2.2. Excavateur à chaine de havage
2. 2.3. 120-HR Jeffrey Heliminer
2. 2.4. Machine d’attaque ponctuelle Anderson Strathclyde RH25
2. 2.5. Machine Paurat twin-boom heading – Model PTF70
2. 2.6. Machine Robbins Mobile Miner
2.7. Surface Miner
2.7.1. Historique de la technologie des Surfaces Miners
2.2.8. Bulldozer
2.2.8.1. Utilisation
2.2.8.2. Productivité
2.2.8.3. Quelques Chiffres
3. Etude des rippers
3.1. Définition du rippage
3.2. condition d’application
3.3. Classification des rippers
3.3.1. Mécanisme de rupture des roches au moyen du ripper à une dent
3.3.1.1. Paramètres de travail du ripper
3.3.1 .2. Effort de traction du ripper
3.3.1.3. Schémas et paramètres du ripage mécanique
3.4. Etude de la rippabilité des roches en carrière.
3.4.1. Etude des rippers
3.4.2. Détermination de l’approfondissement du ripper dans le massif
3.5. Elaboration des schémas technologiques d’exploitation
3.5.1. Schémas technologiques de ripage
3.5.2. Calcul des paramètres du ripage
3.6. Propriété Des Roches
3.6.1. Propriétés physiques, mécaniques et acoustiques des roches
3.6.1.1. Propriétés physiques
3.6.1.2. Etude des propriétés des roches en relation avec leur rippabilité
3.6.1.3. Résistance de la roche
3.6.2. Fissuration des massifs et ses paramètres
3.7. Appréciation du massif rocheux par les méthodes séismo-accoustiques
4. Etude de la masse rocheuse comme matériau
4.1. Introduction
4.2. Morphologie
4.2.1 Continuité ou persistance
4.2.2. Etat de surface
4.2.3. Degré d’ouverture
4.2.4. Etat de remplissage
4.2.5. Espacement
4.3. Classification
4.3.1. Discontinuité plane
4.3.2. Les discontinuités rugueuses
4.3.2.1. Indentation est régulière
4.3.2.2. Indentation est irrégulière
4.4. Comportement mécanique des discontinuités
4.4.1. Introduction
4.4.2. Comportement au cisaillement
4.4.2.1. Généralités
4.4.2.2. Comportement des discontinuités naturelles
4.4.2.2.1. Influence de la rugosité et de l’imbrication
4.4.2.2.2. Influence de l’eau interstitielle
4.4.2.2.3. Influence du matériau de remplissage
4.4.2.2.4. Influence de l’altération
4.4.2.2.5. Influence de la contrainte normale – dilatance
4.5. Conclusion
5. Travail expérimental
5.1. Introduction
5.2 Description et technique d’exploitation du la carrière du Hadjar soud
5.2.1. Conditions géologiques et minières
5.2.2. Caractéristiques qualitatives de la matière première
5.2.3. Réserves géologiques et de couverture
5.2.4. Production et régime de fonctionnement de la carrière
5.2.5. Travaux de forage et de tir
5.2.6. Débitage secondaire des gros blocs
5.2.7. Schéma technologique des processus d’exploitation
5.3. Description des essais au laboratoire
5.3.1. Introduction
5.3.2. Résistance à Compression uniaxiale
5.3.3. Résistance à la traction
5.3.3.1. Essai Brésilien
5.3.3.1.1. Introduction et théorie
5.3.3.1.2. Techniques de préparation des éprouvettes
5.3.3.1.3. Spécifications et Tolérances pour la Géométrie de L’éprouvette
5.3.3.1.4. Procédure d’essai
5.3.3.1.5. Résultats typiques
5.3.4. Essais triaxiaux
5.3.5 Abrasivité LCPC
5.3.6. Calcul de la porosité
5.3.7. Vitesse sismique
5. 3.7.1 Vitesse sismique in-situ
5.3.7.2. Méthodes sismiques
5.3. 7.2.1. Etablissement d’une carte de rippabilité des carrières de calcaire
5.3. 7.2.2. Description du sismographe à réfraction
5.3.7.2.3. Principe de fonctionnement du sismographe à réfraction
5.3.8. Interprétation des courbes de la compression uniaxiale (Annexe)
5.3.9. Interprétation des résultats mécaniques
Conclusion générale
Bibliographie
Annexe
