Evaluation de la rentabilité d'un projet d'exploitation d'une mine à ciel ouvert.

II.2.3. Eléments de base d'une mine à ciel ouvert

L'élaboration du design minier exige au préalable que soient définis les paramètres de conception tels que la hauteur des gradins, la largeur de la plateforme de travail, la banquette de sécurité, la largeur minimum d'exploitation, l'angle de talus de gradin, l'angle de bords de la mine à ciel ouvert et talus de liquidation, la largeur des pistes ou inclinés, la pente des pistes ou incliné.

Ces paramètres techniques et économiques, sont définis compte tenu des caractéristiques géomécaniques, de l'outil de production et de la méthode d'exploitation.

1. Hauteur du gradin

Le gradin est l'un des éléments technologiques fondamentaux représentant une partie des morts terrain ou du gisement enlevé de manière autonome et qui est desservi par les moyens de transport qui lui sont propres. Elle est généralement déterminée en fonction des principales dimensions de travail des excavateurs.

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La hauteur du gradin doit garantir le remplissage du godet au cours d'un seul passage de celui-ci sur le front, c'est à-dire à partir du niveau inférieur du gradin jusqu'à son arrête supérieure. Le tableau II.1 ci-après donne la hauteur minimale du gradin dans différents types de terrains compte tenu de la capacité du godet de l'excavateur.

Tableau II. 1 : La hauteur minimum du gradin dans les différents types de terrains
[KAMULETE M., 2013].

Capacité du godet (m3)	Hauteur minimale du gradin (m)
	Terrain tendre	Terrain mi-dur	Terrain dur
0.5	1.2	2.0	1.25
1.0	1.4	2.5	5.00
1.5	1.6	2.75	5.25
2.0	2.0	3.25	5.75
3.0	2.5	3.80	6.00
5.0	5.0	8.50	10.00
15.00	6.0	10.00	15.00

Le gisement de Kinsevere hill, comme la plupart des mines du Haut Katanga, est classé dans les terrains durs. La hauteur de gradin est de 10 mètres.

2. Largeur de la plate-forme de travail

Elle figure parmi les éléments principaux de l'exploitation à ciel ouvert et doit permettre les manoeuvres et les déplacements aisés des engins. Cette largeur est aussi fonction de la nature du terrain.

La largeur de la plate-forme de travail (Bs) est déterminée par la formule suivante :

Bs = Dc + S1 + Bt + S2 [II.1]

Avec :

? Dc : la largeur du tas d'éboulis après le minage.

Elle se définit approximativement par : Dc = (1.3 à 1.6) *Hg où Hg : Hauteur du gradin

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En considérant une moyenne de 1.45 Dc= 1,45 * 10 = 14,5 mètres

? S1 : distance de sûreté entre l'arrête inférieure du gradin exploité et la bande de transport. En pratique on considère S1 = 2,5 mètres

Prenons par défaut 2,5 mètres

? S2 : base du prisme d'éboulement du gradin (mètre), elle s'exprime par la relation suivante :

S2= Hg*[cotgá-cotgf3] [II.2]

Soit encore S2= (20 à 50%)* Hg [II.3]

En Considérant S2=0,5*Hg= 5 mètres

? á : pente naturelle des roches correspondant à peu près à leur surface de glissement dont l'existence est due essentiellement au poids propre des roches.

? f3 : l'angle de talus de gradin

? Bt : la largeur d'une bande de transport suivant le type de moyen de transport et le schéma de circulation.

On va considérer Bt la largeur de la plus grosse benne CAT 735B qui sera utilisé est égale au maximum à 5,23 mètres Alors :

Bs = 14,5+2,5+5+5,23= 27,23 30 mètres comme plate-forme de travail.

Les engins de transport qui seront utilisés sont de marque CAT 735B ; la largeur de ces engins est de 5,23 mètres.

A S2 Bt S1₁

t 2

Bs

A

t

H

H t

g

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Figure II.1 La largeur de la plate-forme de travail dans les roches dures et semi-dures

3. Banquette de sécurité (BTS)

La banquette de sécurité est une plate-forme que l'on laisse à chaque gradin et sur les bords inexploités ou les bords de la fosse ultime pour améliorer la stabilité des flancs ou des buttes. Elle varie habituellement entre 20 et 50 % de la hauteur des gradins suivant la nature de terrain.

Elle peut être également calculée par la formule suivante : BTS= 0,5*10= 5 mètres

4. Largeur minimum d'exploitation (Bs) Elle est définie par :

Bs = Kp+ Rd+ b 2 + 2S [II.4]

Avec :

? Bs : largeur minimum d'exploitation (mètre)

? Kp : rayon décrit par l'arrière de l'excavateur (mètre)

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> Rd : rayon de déversement de l'excavateur (mètre) > b : largeur de la benne du camion (mètre)

> S : distance de sécurité qui varie de 1,5 à 2,0 mètre

Pour une benne de 5,23 mètre de largeur et un excavateur CAT 374DL les paramètres techniques sont repris dans le tableau II.2 ci-après :

Tableau II.2 : Paramètres techniques de l'excavateur [ www.cat374DL.com]

Paramètres	Dimension
Capacité du godet	4 m 3
Rayon de rotation arrière	4200 mm
Portée	1051 mm

Partant de la formule (Bs) ; la largeur minimum d'exploitation vaut 11,366 11 mètre. 5. Angle de talus des gradins

Le gradin qui est l'élément fondamental technologique de l'exploitation à ciel ouvert qui représente une partie des morts-terrains ou du gisement enlevée de manière autonome et qui est desservi par des moyens de transport qui lui sont propres.

Tout gradin en mine à ciel ouvert ou d'une carrière a généralement deux surfaces dégagées dont

:

> Le front d'attaque ;

> Le talus de gradin.

Ce dernier peut se retrouver dans les bords exploités ou dans les bords inexploités ; pour les

bords exploités, l'angle de talus (??) est déterminé en fonction de la nature des roches. On prend

en considération en même temps certaines particularités de la technologie minière à savoir :

> Le type de matériels en exploitation (sondeuses, excavateurs ...)

> Le schéma des travaux de tir etc...

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Pour les bords inexploités, l'angle de talus ?? doit être légèrement supérieur à la pente naturelle des roches. Le tableau II.3 ci-dessous présente les angles de talus des gradins suivant la nature des roches, â et á sont respectivement l'angle du bord exploité et inexploité.

Tableau II. 3 : Angle de talus des gradins suivant la nature des roches [KAMULETE,

2013].

Nature des roches	â	á
Massives compactes, très dures et stables	75° à 85°	Jusqu'à 90°
Eruptives saines, dures et stables	70 à 75°	70 à 80°
Eruptives compactes, sédimentaires dures et stables	60 à 65°	60 à 70°
Schisteuses, calcaires, conglomérats semi-durs et stables	40 à 50°	45 à 55°
Sablo argileuse	25 à 45°	35 45°

Au vu de ce qui précède et compte tenu du caractère sédimentaire de la roche, de la dureté, du pendage des couches géologiques et de la nature du terrain, l'angle de talus de gradin retenu est de 65°.

6. Angle de talus de liquidation et de bord de la mine

Les angles de talus de liquidation sont très importants tant du point de vue technique que du point de vue économique dans le cas d'une mine à ciel ouvert. Ils doivent constituer « un compromis entre les impératifs de sécurité liés à la stabilité de talus et les impératifs des coûts liés à la découverture ».

En faisant varier l'angle de talus, on obtient différents volumes et différents coûts opératoires. Une diminution de l'angle de talus entraîne un volume supplémentaire à excaver, ce qui a pour conséquence une dépense additionnelle. Dans certaines circonstances, ce volume supplémentaire peut même « compromettre la rentabilité » de l'exploitation si on adopte des angles de talus assez inférieur à ceux prévus dans le projet.

A une profondeur Hx de la mine à ciel ouvert, les angles de talus durant l'exploitation ou les angles des talus des bords de la mine à ciel ouvert peuvent être déterminés par les expressions suivantes :

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Avec :

> â: Angle de talus de gradin des bords de travail ; > : Angle de talus de gradin du bord inexploité ;

> : Angles des talus durant l'exploitation respectivement du bord de travail et du
bord inexploité.

Figure II.2 : Angles de talus des bords de la mine à ciel ouvert et de talus de liquidation

> : Angle de talus de liquidation du stade final de l'exploitation respectivement du

bord de travail et du bord inexploité ;

;

> Au stade final :

> Hx : la profondeur finale d'exploitation à ciel ouvert ;

> Bs : la largeur de la banquette de travail (largeur de la plate-forme de travail) ;

> Ts : la largeur de la banquette de sécurité ou de la bande de transport lorsqu'il se fait

sur le bord inexploité. Les éléments ci-haut explicite mieux la figure ci-dessus.

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7. Dimensions de la piste : largueur et pente

C'est une piste inclinée qui permet de passer de la surface au fond de la mine à ciel ouvert au moyen d'engins roulants (camions, voitures, etc.). Sa largeur et sa pente dépendent des caractéristiques géométriques des engins utilisés, de leurs performances, ainsi que de l'organisation générale de la production. La pratique de la conception minière recommande une largeur de piste comprise entre trois et quatre fois la largeur de la benne (piste à deux voies). Les engins de transport qui seront utilisés sont de marque CAT 735B ; la largeur de ces engins est de 5,23 mètre.

En se référant au tableau II.4 ci-dessous donné dans Mining Engineering Handbook, la largeur de la piste sera calculée comme suit :

Tableau II.4 : Largeur minimum de la piste selon le nombre de voies.

Nombre de voie	Facteur X largeur max de la benne
1	2
2	3,5
3	5
4	6,5

? Nombre de voies = 2

? Largeur de l'engin = 5,23 m (bennes CAT 735B)

Larguer de la piste = 5,23×3,5 = 18,305 mètre

En tenant compte de la largeur de la ridelle, du rayon de courbure et du drain, nous optons pour une largeur de la piste de 20 mètre.

Les pentes des inclinés constituent un compromis entre la longueur et les limitations techniques de performances des bennes et autres engins de traction. Ces pentes varient entre 8 % et un maximum de 10 % pour les camions-bennes.

La pente de 8 % donne plus de souplesse à l'exploitation, l'utilisation des pentes inférieures à 8 % allonge la longueur de la piste (100 mètre sur l'horizontal à 10%, 125 mètre sur l'horizontal à 8%).

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En plus, elle augmente le temps de cycle des camions avec comme conséquence l'augmentation de la consommation en gasoil et la diminution sensible de la vitesse. D'autre part, les moteurs diesels en fournissant beaucoup d'énergie, travaillent en surcharge et il y a risque de détérioration rapide de moteurs qui coûtent cher. De ce qui précède, nous optons pour la pente de 8%.

II.2.4. Synthèse des paramètres d'exploitation

Le tableau II.5 résume les différentes dimensions des éléments fondamentaux du design de la mine à ciel ouvert de Kinsevere hill.

Tableau II.5 : Synthèse des paramètres d'exploitation.

N°	Eléments de base	Dimension
1	Hauteur de gradin	10 m
2	Largeur de la plate-forme	30 m
3	Banquette de sécurité	5 m
4	Largeur minimale d'exploitation	11 m
5	Angle de talus des gradins	65^o
5	Angle de talus de liquidation	40°
6	Largeur de la piste	20 m
7	Pente des pistes ou incliné	8%

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Figure II.3: Design de la phase finale de Hill en plan [MMG]