Études de cas pratique

EGC

Productivité d’une Haveuse en Exploitation Minière

Productivité d’une Haveuse en Exploitation Minière

Productivité d’une Haveuse en Exploitation Minière

Comprendre la Productivité d'une Haveuse

Les haveuses (ou "shearers" en anglais) sont des machines d'abattage clés dans les exploitations souterraines de charbon par longues tailles. Elles coupent le charbon du front de taille à l'aide de tambours rotatifs munis de pics, et le charbon abattu est ensuite évacué par un convoyeur. La productivité d'une haveuse est un indicateur essentiel de la performance d'une mine de charbon. Elle est influencée par les caractéristiques de la machine, la géométrie de la veine, les propriétés du charbon, et l'efficacité globale des opérations du chantier de longue taille. Cet exercice a pour but de calculer la productivité d'une haveuse.

Données de l'étude

Une mine de charbon exploite une veine par la méthode des longues tailles foudroyées.

Caractéristiques de la Haveuse et du Front de Taille :

  • Type de haveuse : Haveuse à double tambour (Double Drum Shearer)
  • Profondeur de passe (web depth) (\(P_p\)) : \(0.80 \, \text{m}\)
  • Hauteur de coupe effective (hauteur de la veine exploitée) (\(H_v\)) : \(2.5 \, \text{m}\)
  • Longueur du front de taille (\(L_f\)) : \(250 \, \text{m}\)
  • Vitesse moyenne de havage (\(V_h\)) : \(6 \, \text{m/min}\)

Propriétés du Charbon :

  • Densité du charbon en place (\(\rho_{\text{charbon}}\)) : \(1.35 \, \text{t/m}^3\)

Paramètres Opérationnels (par poste de 8 heures) :

  • Temps de travail effectif théorique par poste : \(480 \, \text{minutes}\)
  • Temps perdu par poste (changements d'équipe, maintenance mineure, attentes diverses non liées aux pannes majeures) (\(T_{\text{perdu}}\)) : \(60 \, \text{minutes}\)
  • Coefficient d'utilisation de la haveuse (prend en compte les arrêts liés à la machine elle-même et à la coordination avec le reste du système longue taille pendant le temps disponible) (\(C_u\)) : \(0.75\) (75%)
Schéma : Haveuse sur un Front de Longue Taille
Front de Taille (Charbon) Hv Haveuse Charbon abattu Convoyeur Blindé (AFC) Soutènement Marchant Vitesse Vh Vue en coupe d'un chantier de longue taille

Illustration simplifiée d'une haveuse opérant sur un front de longue taille.

Questions à traiter

  1. Calculer le volume de charbon abattu par la haveuse sur une passe complète du front de taille (\(V_{\text{passe}}\)).
  2. Calculer la masse de charbon abattue par la haveuse sur une passe complète (\(M_{\text{passe}}\)).
  3. Calculer le temps théorique nécessaire pour effectuer une passe complète de havage (\(T_{\text{passe}}\)).
  4. Calculer le nombre théorique de passes complètes réalisables par heure de havage pur (\(N_{\text{passes/h, pur}}\)).
  5. Calculer la productivité massique brute de la haveuse en tonnes par heure de havage pur (\(P_{\text{masse, brute/h pur}}\)).
  6. Calculer le temps de havage disponible par poste (\(T_{\text{havage, dispo/poste}}\)).
  7. Calculer le temps de havage effectif par poste en tenant compte du coefficient d'utilisation (\(T_{\text{havage, eff/poste}}\)).
  8. Calculer la production massique nette de charbon par poste (\(M_{\text{nette/poste}}\)).
  9. Calculer la productivité massique nette horaire moyenne de la haveuse sur la durée totale du poste (\(P_{\text{masse, nette/h poste}}\)).

Correction : Productivité d’une Haveuse en Exploitation Minière

Question 1 : Volume de charbon abattu par la haveuse sur une passe complète (\(V_{\text{passe}}\))

Principe :

Le volume de charbon abattu lors d'une traversée complète du front de taille est le produit de la longueur du front, de la hauteur de coupe et de la profondeur de passe.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{passe}} = L_f \times H_v \times P_p\]
Données spécifiques :
  • Longueur du front (\(L_f\)) : \(250 \, \text{m}\)
  • Hauteur de veine (\(H_v\)) : \(2.5 \, \text{m}\)
  • Profondeur de passe (\(P_p\)) : \(0.80 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{passe}} &= 250 \, \text{m} \times 2.5 \, \text{m} \times 0.80 \, \text{m} \\ &= 625 \, \text{m}^2 \times 0.80 \, \text{m} \\ &= 500 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le volume de charbon abattu par passe est \(V_{\text{passe}} = 500 \, \text{m}^3\).

Question 2 : Masse de charbon abattue par la haveuse sur une passe complète (\(M_{\text{passe}}\))

Principe :

La masse de charbon abattue par passe est obtenue en multipliant le volume abattu par passe par la densité du charbon en place.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{passe}} = V_{\text{passe}} \times \rho_{\text{charbon}}\]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{passe}} = 500 \, \text{m}^3\)
  • Densité du charbon (\(\rho_{\text{charbon}}\)) : \(1.35 \, \text{t/m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{passe}} &= 500 \, \text{m}^3 \times 1.35 \, \text{t/m}^3 \\ &= 675 \, \text{t} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La masse de charbon abattue par passe est \(M_{\text{passe}} = 675 \, \text{tonnes}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la profondeur de passe (\(P_p\)) est augmentée, la masse de charbon abattue par passe :

Question 3 : Temps théorique nécessaire pour effectuer une passe complète de havage (\(T_{\text{passe}}\))

Principe :

Le temps pour une passe est la longueur du front de taille divisée par la vitesse moyenne de havage.

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_{\text{passe}} = \frac{L_f}{V_h}\]
Données spécifiques :
  • Longueur du front (\(L_f\)) : \(250 \, \text{m}\)
  • Vitesse de havage (\(V_h\)) : \(6 \, \text{m/min}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{passe}} &= \frac{250 \, \text{m}}{6 \, \text{m/min}} \\ &\approx 41.6667 \, \text{minutes} \end{aligned} \]

On arrondit à \(T_{\text{passe}} \approx 41.67 \, \text{minutes}\).

Résultat Question 3 : Le temps théorique pour une passe est \(T_{\text{passe}} \approx 41.67 \, \text{minutes}\).

Question 4 : Nombre théorique de passes complètes réalisables par heure de havage pur (\(N_{\text{passes/h, pur}}\))

Principe :

Le nombre de passes par heure de havage pur est le nombre de minutes dans une heure divisé par le temps nécessaire pour une passe.

Formule(s) utilisée(s) :
\[N_{\text{passes/h, pur}} = \frac{60 \, \text{min/h}}{T_{\text{passe}} \, \text{min/passe}}\]
Données spécifiques :
  • \(T_{\text{passe}} \approx 41.67 \, \text{min/passe}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} N_{\text{passes/h, pur}} &\approx \frac{60}{41.67} \, \text{passes/h} \\ &\approx 1.4396 \, \text{passes/h} \end{aligned} \]

On arrondit à \(N_{\text{passes/h, pur}} \approx 1.44 \, \text{passes/h}\).

Résultat Question 4 : Le nombre théorique de passes par heure pure est \(N_{\text{passes/h, pur}} \approx 1.44 \, \text{passes/h}\).

Question 5 : Productivité massique brute de la haveuse en tonnes par heure de havage pur (\(P_{\text{masse, brute/h pur}}\))

Principe :

La productivité massique brute par heure de havage pur est la masse de charbon abattue par passe multipliée par le nombre de passes réalisables par heure de havage pur.

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{masse, brute/h pur}} = M_{\text{passe}} \times N_{\text{passes/h, pur}}\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{passe}} = 675 \, \text{t/passe}\)
  • \(N_{\text{passes/h, pur}} \approx 1.44 \, \text{passes/h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} P_{\text{masse, brute/h pur}} &\approx 675 \, \text{t/passe} \times 1.4396 \, \text{passes/h} \\ &\approx 971.73 \, \text{t/h} \end{aligned} \]

Si on utilise la valeur non arrondie de \(N_{\text{passes/h, pur}} = 60/41.6667\):

\[ \begin{aligned} P_{\text{masse, brute/h pur}} &= 675 \times \frac{60}{250/6} = 675 \times \frac{360}{250} \\ &= 675 \times 1.44 = 972 \, \text{t/h} \end{aligned} \]

Utilisons cette valeur plus précise pour la suite.

Résultat Question 5 : La productivité massique brute par heure de havage pur est \(P_{\text{masse, brute/h pur}} = 972 \, \text{tonnes/h}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si la vitesse de havage (\(V_h\)) diminue, la productivité massique brute par heure de havage pur :

Question 6 : Temps de havage disponible par poste (\(T_{\text{havage, dispo/poste}}\))

Principe :

Le temps de havage disponible par poste est le temps de travail effectif théorique du poste moins les temps perdus non liés directement au processus de havage (comme les changements d'équipe, etc.).

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_{\text{havage, dispo/poste}} = \text{Temps de travail théorique} - T_{\text{perdu}}\]
Données spécifiques :
  • Temps de travail théorique par poste : \(480 \, \text{minutes}\)
  • Temps perdu par poste (\(T_{\text{perdu}}\)) : \(60 \, \text{minutes}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{havage, dispo/poste}} &= 480 \, \text{min} - 60 \, \text{min} \\ &= 420 \, \text{min/poste} \end{aligned} \]

Conversion en heures : \(T_{\text{havage, dispo/poste}} = \frac{420 \, \text{min}}{60 \, \text{min/h}} = 7.0 \, \text{h/poste}\).

Résultat Question 6 : Le temps de havage disponible par poste est \(T_{\text{havage, dispo/poste}} = 420 \, \text{minutes}\) (ou \(7.0 \, \text{heures}\)).

Question 7 : Temps de havage effectif par poste (\(T_{\text{havage, eff/poste}}\))

Principe :

Le temps de havage effectif par poste est le temps de havage disponible affecté par le coefficient d'utilisation de la haveuse. Ce coefficient tient compte des arrêts et inefficacités pendant que la machine est censée couper.

Formule(s) utilisée(s) :
\[T_{\text{havage, eff/poste}} = T_{\text{havage, dispo/poste}} \times C_u\]
Données spécifiques :
  • \(T_{\text{havage, dispo/poste}} = 7.0 \, \text{h/poste}\)
  • Coefficient d'utilisation (\(C_u\)) : \(0.75\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} T_{\text{havage, eff/poste}} &= 7.0 \, \text{h/poste} \times 0.75 \\ &= 5.25 \, \text{h/poste} \end{aligned} \]

En minutes : \(5.25 \, \text{h} \times 60 \, \text{min/h} = 315 \, \text{min/poste}\).

Résultat Question 7 : Le temps de havage effectif par poste est \(T_{\text{havage, eff/poste}} = 5.25 \, \text{heures}\) (ou \(315 \, \text{minutes}\)).

Question 8 : Production massique nette de charbon par poste (\(M_{\text{nette/poste}}\))

Principe :

La production massique nette par poste est la productivité massique brute par heure de havage pur multipliée par le temps de havage effectif par poste.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{nette/poste}} = P_{\text{masse, brute/h pur}} \times T_{\text{havage, eff/poste}}\]
Données spécifiques :
  • \(P_{\text{masse, brute/h pur}} = 972 \, \text{t/h}\)
  • \(T_{\text{havage, eff/poste}} = 5.25 \, \text{h/poste}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{nette/poste}} &= 972 \, \text{t/h} \times 5.25 \, \text{h/poste} \\ &= 5103 \, \text{t/poste} \end{aligned} \]
Résultat Question 8 : La production massique nette de charbon par poste est \(M_{\text{nette/poste}} = 5103 \, \text{tonnes}\).

Question 9 : Productivité massique nette horaire moyenne sur la durée totale du poste (\(P_{\text{masse, nette/h poste}}\))

Principe :

Cette productivité représente la production totale du poste rapportée au nombre total d'heures du poste. Elle donne une mesure de l'efficacité globale horaire.

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{masse, nette/h poste}} = \frac{M_{\text{nette/poste}}}{H_{\text{poste}}}\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{nette/poste}} = 5103 \, \text{t/poste}\)
  • Heures de travail par poste (\(H_{\text{poste}}\)) : \(8.0 \, \text{h/poste}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} P_{\text{masse, nette/h poste}} &= \frac{5103 \, \text{t/poste}}{8.0 \, \text{h/poste}} \\ &= 637.875 \, \text{t/h} \end{aligned} \]
Résultat Question 9 : La productivité massique nette horaire moyenne sur la durée du poste est \(P_{\text{masse, nette/h poste}} \approx 637.88 \, \text{tonnes/h}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Un coefficient d'utilisation (\(C_u\)) plus faible implique :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La profondeur de passe ("web depth") d'une haveuse influence directement :

2. La productivité nette d'une haveuse est toujours :

3. Le "temps perdu par poste" dans cet exercice :

Glossaire

Haveuse (Shearer)
Machine d'abattage utilisée dans les mines de charbon souterraines (principalement en longues tailles) pour couper le charbon du front de taille à l'aide d'un ou plusieurs tambours rotatifs équipés de pics.
Longue Taille (Longwall Mining)
Méthode d'exploitation souterraine à haut rendement où un long front de charbon (pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres) est exploité en une seule opération continue. Le toit derrière la zone d'abattage est généralement autorisé à s'effondrer (foudroyage).
Front de Taille (Coal Face)
Surface exposée de la veine de charbon où l'abattage a lieu.
Profondeur de Passe (Web Depth / Depth of Cut)
Épaisseur de charbon enlevée par la haveuse lors d'une traversée du front de taille. Elle correspond à la profondeur de pénétration des tambours dans la veine.
Vitesse de Havage (Shearer Speed / Haulage Speed)
Vitesse à laquelle la haveuse se déplace le long du front de taille pendant l'opération de coupe.
Tambour de Havage (Cutting Drum)
Partie rotative de la haveuse équipée de pics qui fragmente le charbon.
Coefficient d'Utilisation (\(C_u\))
Facteur qui représente le pourcentage du temps disponible pendant lequel la machine est effectivement en train de produire. Il tient compte des arrêts opérationnels, des retards, et des inefficacités pendant le temps de travail alloué.
Convoyeur Blindé (Armoured Face Conveyor - AFC)
Convoyeur robuste situé le long du front de taille, sur lequel le charbon abattu par la haveuse tombe et est transporté hors du chantier.
Soutènement Marchant (Powered Roof Supports / Shields)
Unités de soutènement hydrauliques automotrices qui supportent le toit immédiatement au-dessus de la zone de travail de la haveuse et du convoyeur, et qui avancent séquentiellement à mesure que le front de taille progresse.
Productivité d’une Haveuse en Exploitation Minière - Exercice d'Application

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