Études de cas pratique

EGC

Quantification des Explosifs pour le Cuivre

Quantification des Explosifs pour le Cuivre

Quantification des Explosifs pour le Cuivre

Comprendre la Quantification des Explosifs pour le Cuivre

La quantification précise des explosifs est une étape essentielle dans la planification des opérations d'abattage à l'explosif dans les mines de cuivre, qu'elles soient à ciel ouvert ou souterraines. Un plan de tir bien conçu vise à fragmenter la roche de manière optimale pour faciliter les opérations de chargement et de transport, tout en minimisant les coûts, les nuisances environnementales (vibrations, projections) et en assurant la sécurité. La quantité d'explosif nécessaire dépend de nombreux facteurs, notamment la nature et la résistance de la roche (minerai de cuivre et roche encaissante), la géométrie du tir (hauteur de banc, maille de forage), le type d'explosif utilisé et le degré de fragmentation souhaité. Cet exercice se concentre sur les calculs de base pour déterminer la charge d'explosif par trou de mine et la consommation spécifique d'explosif.

Données de l'étude

On planifie un tir d'abattage dans un gisement de minerai de cuivre porphyrique.

Paramètres du plan de tir et des matériaux :

  • Hauteur du banc à abattre (\(H_{\text{banc}}\)) : \(12 \, \text{m}\)
  • Diamètre des trous de mine (\(D_{\text{trou}}\)) : \(150 \, \text{mm}\)
  • Maille de forage :
    • Banque (Burden) (\(B\)) : \(4.0 \, \text{m}\)
    • Espacement (\(S\)) : \(5.0 \, \text{m}\)
  • Surforage (\(L_{\text{surforage}}\)) : \(1.5 \, \text{m}\)
  • Bourrage (\(L_{\text{bourrage}}\)) : \(3.5 \, \text{m}\)
  • Type d'explosif : ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil)
  • Densité de l'explosif chargé dans le trou (\(d_{\text{explosif}}\)) : \(0.85 \, \text{g/cm}^3\) (ou \(0.85 \, \text{t/m}^3\))
  • Densité du minerai de cuivre en place (\(d_{\text{minerai}}\)) : \(2.7 \, \text{tonnes/m}^3\)
Schéma d'un Trou de Mine Chargé
Surface du Banc Bourrage Explosif Niveau Pied de Banc \(L_{bourrage}\) \(L_{charge\_explo}\) \(H_{banc}\) \(L_{surforage}\) Coupe d'un Trou de Mine

Schéma illustrant un trou de mine avec ses différentes sections.

Questions à traiter

  1. Calculer la longueur totale forée par trou de mine (\(L_{\text{trou}}\)).
  2. Calculer la longueur de la colonne d'explosif dans un trou de mine (\(L_{\text{charge_explo}}\)).
  3. Calculer le volume d'explosif par trou de mine (\(V_{\text{explo_trou}}\)).
  4. Calculer la masse d'explosif par trou de mine (\(M_{\text{explo_trou}}\)).
  5. Calculer le volume de roche abattue par un seul trou de mine (\(V_{\text{roche_trou}}\)).
  6. Calculer la masse de roche abattue par un seul trou de mine (\(M_{\text{roche_trou}}\)).
  7. Calculer la consommation spécifique d'explosif (ou Facteur de Puissance) en kilogrammes d'explosif par tonne de roche abattue (\(CS_m\)).
  8. Calculer la consommation spécifique d'explosif en kilogrammes d'explosif par mètre cube de roche abattue (\(CS_v\)).

Correction : Quantification des Explosifs pour le Cuivre

Question 1 : Longueur totale forée par trou de mine (\(L_{\text{trou}}\))

Principe :

La longueur totale forée pour chaque trou comprend la hauteur du banc et le surforage nécessaire pour assurer une bonne fragmentation au pied du banc.

Formule(s) utilisée(s) :
\[L_{\text{trou}} = H_{\text{banc}} + L_{\text{surforage}}\]
Données spécifiques :
  • Hauteur du banc (\(H_{\text{banc}}\)) : \(12 \, \text{m}\)
  • Surforage (\(L_{\text{surforage}}\)) : \(1.5 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} L_{\text{trou}} &= 12 \, \text{m} + 1.5 \, \text{m} \\ &= 13.5 \, \text{m} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La longueur totale forée par trou de mine est \(L_{\text{trou}} = 13.5 \, \text{m}\).

Question 2 : Longueur de la colonne d'explosif (\(L_{\text{charge_explo}}\))

Principe :

La longueur de la colonne d'explosif est la longueur totale du trou moins la longueur réservée au bourrage en surface (pour confiner l'énergie de l'explosion).

Formule(s) utilisée(s) :
\[L_{\text{charge_explo}} = L_{\text{trou}} - L_{\text{bourrage}}\]
Données spécifiques :
  • Longueur totale du trou (\(L_{\text{trou}}\)) : \(13.5 \, \text{m}\)
  • Bourrage (\(L_{\text{bourrage}}\)) : \(3.5 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} L_{\text{charge_explo}} &= 13.5 \, \text{m} - 3.5 \, \text{m} \\ &= 10.0 \, \text{m} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La longueur de la colonne d'explosif est \(L_{\text{charge_explo}} = 10.0 \, \text{m}\).

Question 3 : Volume d'explosif par trou de mine (\(V_{\text{explo_trou}}\))

Principe :

Le volume d'explosif dans un trou est le volume d'un cylindre ayant pour diamètre celui du trou et pour hauteur la longueur de la colonne d'explosif.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{explo_trou}} = \frac{\pi \times D_{\text{trou}}^2}{4} \times L_{\text{charge_explo}}\]
Données spécifiques :
  • Diamètre du trou (\(D_{\text{trou}}\)) : \(150 \, \text{mm} = 0.15 \, \text{m}\)
  • Longueur de la colonne d'explosif (\(L_{\text{charge_explo}}\)) : \(10.0 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{explo_trou}} &= \frac{\pi \times (0.15 \, \text{m})^2}{4} \times 10.0 \, \text{m} \\ &= \frac{\pi \times 0.0225 \, \text{m}^2}{4} \times 10.0 \, \text{m} \\ &\approx \frac{0.0706858 \, \text{m}^2}{4} \times 10.0 \, \text{m} \\ &\approx 0.01767145 \, \text{m}^2 \times 10.0 \, \text{m} \\ &\approx 0.1767 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le volume d'explosif par trou de mine est \(V_{\text{explo_trou}} \approx 0.1767 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si le diamètre du trou était plus grand, le volume d'explosif par trou serait :

Question 4 : Masse d'explosif par trou de mine (\(M_{\text{explo_trou}}\))

Principe :

La masse d'explosif est obtenue en multipliant son volume par sa densité de chargement.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{explo_trou}} = V_{\text{explo_trou}} \times d_{\text{explosif}}\]
Données spécifiques :
  • Volume d'explosif par trou (\(V_{\text{explo_trou}}\)) : \(0.1767 \, \text{m}^3\)
  • Densité de l'explosif (\(d_{\text{explosif}}\)) : \(0.85 \, \text{g/cm}^3 = 850 \, \text{kg/m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{explo_trou}} &= 0.1767 \, \text{m}^3 \times 850 \, \text{kg/m}^3 \\ &\approx 150.195 \, \text{kg} \end{aligned} \]

Arrondissons à \(150.2 \, \text{kg}\).

Résultat Question 4 : La masse d'explosif par trou de mine est \(M_{\text{explo_trou}} \approx 150.2 \, \text{kg}\).

Question 5 : Volume de roche abattue par un seul trou de mine (\(V_{\text{roche_trou}}\))

Principe :

Le volume de roche théoriquement fragmenté par un trou est le produit de la maille de forage (Burden × Espacement) et de la hauteur du banc.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{roche_trou}} = B \times S \times H_{\text{banc}}\]
Données spécifiques :
  • Banque (Burden) (\(B\)) : \(4.0 \, \text{m}\)
  • Espacement (\(S\)) : \(5.0 \, \text{m}\)
  • Hauteur du banc (\(H_{\text{banc}}\)) : \(12 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{roche_trou}} &= 4.0 \, \text{m} \times 5.0 \, \text{m} \times 12 \, \text{m} \\ &= 240 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le volume de roche abattue par un seul trou de mine est \(V_{\text{roche_trou}} = 240 \, \text{m}^3\).

Question 6 : Masse de roche abattue par un seul trou de mine (\(M_{\text{roche_trou}}\))

Principe :

La masse de roche abattue par trou est le volume de roche par trou multiplié par la densité du minerai en place.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{roche_trou}} = V_{\text{roche_trou}} \times d_{\text{minerai}}\]
Données spécifiques :
  • Volume de roche par trou (\(V_{\text{roche_trou}}\)) : \(240 \, \text{m}^3\)
  • Densité du minerai (\(d_{\text{minerai}}\)) : \(2.7 \, \text{tonnes/m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{roche_trou}} &= 240 \, \text{m}^3 \times 2.7 \, \text{tonnes/m}^3 \\ &= 648 \, \text{tonnes} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : La masse de roche abattue par un seul trou de mine est \(M_{\text{roche_trou}} = 648 \, \text{tonnes}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si la maille de forage (B x S) était plus petite, la masse de roche par trou serait :

Question 7 : Consommation spécifique d'explosif en kg/tonne (\(CS_m\))

Principe :

La consommation spécifique massique (Facteur de Puissance) est la masse d'explosif utilisée par trou divisée par la masse de roche abattue par ce même trou.

Formule(s) utilisée(s) :
\[CS_m = \frac{M_{\text{explo_trou}}}{M_{\text{roche_trou}}}\]
Données spécifiques :
  • Masse d'explosif par trou (\(M_{\text{explo_trou}}\)) : \(150.2 \, \text{kg}\)
  • Masse de roche par trou (\(M_{\text{roche_trou}}\)) : \(648 \, \text{tonnes}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} CS_m &= \frac{150.2 \, \text{kg}}{648 \, \text{tonnes}} \\ &\approx 0.2318 \, \text{kg/tonne} \end{aligned} \]
Résultat Question 7 : La consommation spécifique d'explosif est \(CS_m \approx 0.232 \, \text{kg/tonne}\).

Question 8 : Consommation spécifique d'explosif en kg/m³ (\(CS_v\))

Principe :

La consommation spécifique volumique est la masse d'explosif utilisée par trou divisée par le volume de roche abattue par ce même trou.

Formule(s) utilisée(s) :
\[CS_v = \frac{M_{\text{explo_trou}}}{V_{\text{roche_trou}}}\]
Données spécifiques :
  • Masse d'explosif par trou (\(M_{\text{explo_trou}}\)) : \(150.2 \, \text{kg}\)
  • Volume de roche par trou (\(V_{\text{roche_trou}}\)) : \(240 \, \text{m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} CS_v &= \frac{150.2 \, \text{kg}}{240 \, \text{m}^3} \\ &\approx 0.6258 \, \text{kg/m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 8 : La consommation spécifique d'explosif est \(CS_v \approx 0.626 \, \text{kg/m}^3\).

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le surforage est pratiqué pour :

2. Une augmentation de la densité de l'explosif chargé dans le trou (à volume de chargement constant) :

3. Le Facteur de Puissance (Consommation Spécifique) est un indicateur de :

Glossaire

Abattage à l'explosif (Blasting)
Utilisation d'explosifs pour fragmenter la roche en place afin de faciliter son excavation.
Trou de Mine (Blast Hole)
Trou foré dans la roche, destiné à être chargé en explosif.
Maille de Forage (Drill Pattern)
Arrangement géométrique des trous de mine sur un banc (distance entre les trous et les rangées).
Banque (Burden - B)
Distance la plus courte entre un trou de mine et la face libre (ou le trou précédent dans une rangée parallèle).
Espacement (Spacing - S)
Distance entre les trous de mine dans une même rangée.
Hauteur de Banc (\(H_{\text{banc}}\))
Hauteur verticale de la tranche de roche à abattre en une seule volée.
Surforage (Subdrilling)
Portion du trou de mine forée en dessous du niveau théorique du pied du banc pour assurer une bonne fragmentation à ce niveau.
Bourrage (Stemming)
Matériau inerte (généralement des déblais de forage) placé au-dessus de la charge explosive dans un trou de mine pour confiner l'énergie de l'explosion.
Colonne d'Explosif
Partie du trou de mine remplie d'explosif.
ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil)
Mélange explosif courant constitué de nitrate d'ammonium et de fioul.
Densité de Chargement
Masse d'explosif par unité de volume dans le trou de mine (ex: kg/m ou g/cm³).
Facteur de Puissance (Powder Factor) / Consommation Spécifique d'Explosif
Quantité d'explosif utilisée par unité de volume (kg/m³) ou par unité de masse (kg/tonne) de roche fragmentée. C'est un indicateur clé de l'efficacité du tir.
Quantification des Explosifs pour le Cuivre - Exercice d'Application

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