Comportement de la roche (Résistances et propriétés)
La mécanique des roches modélise le comportement des roches en laboratoire à partir de tests de durée limitée. Les propriétés mécaniques des roches dépendent de leur nature pétrographique, de leur état d’altération et de leur structure. Ce sont des caractéristiques intrinsèques du matériau. Les principaux tests mécaniques comportent des essais de compression simple ou triaxiale permettent d’établir des modules ou des coefficients (Young, Poisson, poussée, etc.), ainsi des différentes résistances qui caractérisent le comportement de la roche sous des contraintes telles que: pression statique : poussée des terrains, pression dynamique : action des explosifs . La résistance à la traction est théoriquement la propriété mécanique la plus importante de la masse rocheuse pour l’abattage. En effet, il est généralement admis que la fissuration et la fragmentation de la roche se réalisent surtout sous un régime de contrainte de traction. Par ailleurs, les essais réalisés par certains chercheurs, sur des matériaux naturels et synthétiques ont indiqué une relation entre la banquette critique et la résistance à la traction.
Quant à la résistance à la compression, elle détermine le comportement de la roche au voisinage de la charge de détonation.
Discontinuités structurales
C’est un fait bien connu que l’efficacité du tir est affectée par les discontinuités structurales y compris failles, joints et autres. Des résultats expérimentaux montrent que l’efficacité du tir est plus influencée par les discontinuités structurales que par les propriétés de l’explosif.
La distance entre les discontinuités a également une grande influence sur l’efficacité d’un tir. Les tendances récentes sur le tir sont dirigées vers l’utilisation de larges diamètre de trous, ce qui entraîne de larges espaces et lignes de moindres résistance cependant les discontinuités géologiques deviennent plus prononcées, Ash .
Les discontinuités engendrent la réflexion des ondes de contraintes qui agissent conjointement avec celles crées par la charge. Ceci entraîne la concentration des contraintes et par conséquent une meilleure fragmentation dans la zone, par contre, la zone qui se trouve de l’autre côté de la discontinuité tend à être moins fragmentée.
Lorsque les discontinuités sont ouvertes, les gaz générés par l’explosion s’échappent par celle-ci. Cela s’accompagne d’un abaissement rapide de la pression de sorte que l’énergie de gaz perde son efficacité. Cependant, une mauvaise fragmentation et un médiocre déplacement du tas en résultent.
Donc on peut dire que les discontinuités dans le massif rocheux ont une grande influence sur les travaux miniers, surtout, sur le travail de l’explosif pendant les travaux d’abattage des roches. Comme, la consommation spécifique d’explosif est l’un des principaux paramètres des travaux d’abattage des roches à l’explosif, l’Académicien «Ashby» a développée une formule empirique entre la consommation spécifique d’explosif et les propriétés de la masse rocheuse.
Conditions climatiques (Eau quelque fois contrôlable)
La présence d’eau dans un terrain est toujours une source de préoccupation pour le mineur, elle influe généralement sur trois paramètres à savoir :
La Foration : L’eau a tendance à réduire la résistance de la matrice rocheuse et par conséquent à faciliter la pénétration de l’outil de foration. Cependant, la vitesse instantanée de la foration est augmentée. Par contre, la diminution de la résistance de la paroi du trou peut favoriser des éboulements localisés d’où des risques de coincement de l’outil de foration.
Le choix de l’explosif : Le choix de l’explosif dépend aussi dans large mesure de présence d’eau dans le massif à abattre ou des conditions climatiques, parce qu’il y a des explosifs très sensibles à l’eau et d’autres résistants (comme par exemple le nitrate fioul, leur emploi est prohibé lors de présence d’eau). Cependant c’est à l’utilisateur de bien choisir le type d’explosif ou jouer sur les techniques permettant la conservation ou la protection de l’explosif contre l’eau.
Le processus d’abattage : Le rôle exacte de l’eau dans le processus d’abattage est l’objet de discussion et de controverse. On peut toute fois émettre les quelques idées suivantes: Rôle de l’eau comme élément de couplage de l’explosif au massif rocheux L’eau occupe l’espace annulaire compris entre l’explosif (encartouché) et la paroi. L’impédance acoustique globale des produits de détonation se voit ainsi augmentée (par augmentation de leur densité) améliorant par là le transfert de l’énergie au massif rocheux, de même la présence d’eau limite la détente des gaz de détonation, augmentation donc de la pression exercée sur la paroi.
Rôle de l’eau comme agent de bourrage : L’expérience montre que le bourrage à l’eau est efficace; sur le plan théorique, l’inertie de la masse d’eau est suffisante pour permettre une montée en pression des gaz de détonation dans le trou, avant l’éjection de la colonne liquide.
Rôle de l’eau contenue dans le massif rocheux dans la transmission des vibrations Si l’eau contenue dans la matrice rocheuse est vraisemblablement sans influence sur la propagation des vibrations, celle contenue dans les discontinuités joue un rôle favorable dans la transmission des vibration. Il est connu en effet que l’eau, comme la plupart des fluides, transmet bien les vibrations longitudinales (mais non les ondes de cisaillement) ; ainsi l’eau assure « un couplage hydraulique » des différents blocs constituant le massif rocheux.
L’amortissement de la vibration est donc réduit de façon significative. Ainsi la présence d’eau doit favoriser légèrement le travail de l’explosif dans les massifs fracturés.
Rôle de l’eau dans la résistance du massif rocheux : On sait que l’eau altère la résistance au cisaillement des discontinuités; le massif rocheux est donc globalement moins résistant et par conséquent plus apte à être abattu. La présence d’eau doit donc faciliter l’abattage du massif, par réduction globale de sa résistance.
Déflagration et détonation
La déflagration : La déflagration est une combustion explosive se propageant par conductivité thermique. En brûlant, une particule de substance explosive échauffe les particules voisines. Une fois la température d’auto inflammation atteinte, ces particules brûlent à leur tour et échauffent d’autres particules.
Les vitesses de propagation de la déflagration s’établissent de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres par seconde. Les vitesses dépendent de nombreux facteurs comme la nature de la substance, le mode d’amorçage, le confinement, les conditions ambiantes, etc.
Les substances explosives solides dont le régime normal de décomposition est la déflagration sont appelées des poudres.
Elles sont très utilisées sous forme de propergol liquide pour la propulsion des fusées ou de poudre dans les armes à feu à usage militaire ou civil. Le seul explosif industriel autorisé pour le traitement des roches est la poudre noire comprimée.
La détonation : La détonation est une réaction chimique extrêmement rapide, exothermique et auto entretenue.
Cette réaction s’accompagne d’un dégagement en un temps très court d’un grand volume de gaz chaud couplé à une onde de choc (discontinuité brusque de pression). C’est cette onde de choc qui assure la propagation de la réaction chimique par effet « points chauds ».
Les vitesses de détonation vont de 2000 à 6000 m/s, et varient selon la nature de la substance et les conditions de mise en œuvre.
Une substance explosive dont le régime normal de décomposition est la détonation est appelée: explosif.
Table des matières
Introduction
Chapitre I : Paramètres d’un plan de tir
I.1 Introduction
I.2 Paramètres incontrôlables (invariables)
I.2.1 Comportement de la roche (Résistances et propriétés)
I.2.1.1 Module de Young
I.2.1.2 Coefficient de Poisson
I.2.1.3 Coefficient de poussée
I.2.1.4 Coefficient de foisonnement dynamique
I.2.1.5 Compression triaxiale
I.2.1.5.1 Construction de la courbe intrinsèque
I.2.1.5.2 Cas particuliers
I.2.1.5.2.1 Cas particulier n° 1
I.2.1.5.2.2 Cas particulier n° 2
I.2.1.5.2.3 Cas intermédiaire
I.2.2 Discontinuités structurales
I.2.3 Conditions climatiques
I.2.3.1 La Foration
I.2.3.2 Le choix de l’explosif
I.2.3.3 Le processus d’abattage
I.2.3.3.1 Rôle de l’eau comme élément de couplage de l’explosif au massif rocheux
I.2.3.3.2 Rôle de l’eau comme agent de bourrage
I.2.3.3.3 Rôle de l’eau contenue dans le massif rocheux dans la transmission des vibrations
I.2.3.3.4 Rôle de l’eau dans la résistance du massif rocheux
I.3 Paramètres contrôlables (Variables)
I.3.1 Paramètre Explosif (type d’explosif)
I.3.1.1.1 La déflagration
I.3.1.1.2 La détonation
I.3.1.1.3 Théorie de base (équation d’Hugoniot-Rankine)
I.3.1.1.3.1 Conservation de la masse
I.3.1.1.3.2 Conservation de l’énergie
I.3.1.1.3.3 Conservation de la quantité de mouvement
I.3.1.1.4 Stabilité des réactions de décomposition chimique
I.3.1.1.5 Diamètre critique de détonation
I.3.1.1.6 Cas particulier des émulsions – Désensibilisation
I.3.1.1.7 Mesure de la vitesse de détonation in situ
I.3.1.2 Les caractéristiques de performance
I.3.1.2.1 Energie et puissance
I.3.1.2.1.1 Méthodes de mesure
I.3.1.2.1.1.1 Le Coefficient d’Utilisation Pratique (CUP)
I.3.1.2.1.1.2 Le Travail au Mortier Balistique (TMB)
I.3.1.2.1.1.3 La mesure d’énergie en piscine
I.3.1.2.1.1.4 L’énergie déterminée par thermodynamique
I.3.1.2.2 Densité
I.3.1.2.3 Vitesse de détonation
I.3.1.2.3.1 Méthode de mesure
I.3.1.2.3.2 Observation
I.3.1.2.4 Volume de gaz de réaction
I.3.1.2.4.1 Méthode de mesure
I.3.1.2.4.2 Observations
I.3.2 Paramètres liés aux trous
I.3.2.1 Qualité de la foration
I.3.2.1.1 Le positionnement des trous par rapport au front d’abattage
I.3.2.1.2 Les déviations de forages
I.3.2.2 Le diamètre du trou
I.3.2.3 L’inclinaison du trou
I.3.2.4 L’excès de forage (sous forage)
I.3.2.5 Longueur du trou
I.3.3 Paramètres liés au Bourrage
I.3.3.1 Hauteur du bourrage et sa disposition dans les trous
I.3.3.2 Qualité du matériau de bourrage
I.3.4 Paramètres liés au plan
I.3.4.1 Banquette
I.3.4.2 L’espacement
I.3.4.3 Rapport de maille
I.3.4.4 Présence des faces libres
I.3.4.5 Type d’amorçage et séquence d’initiation
I.4 Conclusion
Chapitre II : Processus de fragmentation
II.1 Introduction
II.1.1 Décomposition de la substance explosive, champ de pression
II.1.2 Champ de contrainte, ondes de contraintes
II.1.3 Rupture ou endommagement
II.1.4 Détente des gaz et fragments de roche
II.1.5 Mise en mouvement des fragments
II.2 Effet de choc et effet de gaz
II.2.1 Phases de la détonation
II.2.1.1 Phase 1: temps t0 + ε
II.2.1.2 Phase 2: temps t0 + 0,7 ms
II.2.1.3 Phase 3: temps t0 + 1,3 ms
II.2.1.4 Phase 4: temps t0 > 15 ms
II.2.2 Analyse de l’effet de choc
II.2.2.1 Expérience de la barre de Hino
II.2.2.1.1 Analyse du résultat
II.2.3 Analyse de l’effet de gaz
II.2.3.1 Transformation d’une pression statique en effet de traction sur la paroi
II.2.3.2 Effet de GRIFFITH (propagation des fissures)
II.3 Modélisation (optimisation et simulation)
II.3.1 Le principe du modèle DNA Blast
II.3.2 Mécanismes élémentaires (gènes)
II.3.3 Modélisation des gènes et des gènes “inverses”
II.3.4 Mise en relation des gènes entre eux (interactions multiples)
II.3.5 Résolution du problème directe (simulation)
II.3.6 Résolution du problème inverse (optimisation)
II.3.7 Les gènes retenus
II.4 Conclusion
Chapitre III : Modèle de fissuration et de déformation des roches à l’explosif
III.1 Introduction
III.2 Description
III.3 Vision
III.4 Propriétés d’explosif
III.4.1 Pression
III.4.2 Exposant adiabatique
III.5 Propriétés des roches
III.5.1 Propriétés élastiques des roches
III.6 Relation déformation – distance
III.6.1 Equation exponentielle
III.6.2 Equation de la loi de puissance
III.7 Influence de la longueur de charge
III.8 Couplage
III.9 Effet de l’onde de déformation
III.10 Formation de cratère
III.11 Enlevure (masse à abattre)
III.12 Effet de la pression de gaz
III.13 Banquette et espacement
III.14 Application pratique (déplacement et déformation)
III.14.1 Représentation graphique (déplacement et déformation)
III.14.2 Interprétation de résultats
III.15 Conclusion
Chapitre IV : Application pratique d’un plan de tir empirique
IV.1 Introduction
IV.2 Etapes du calcul
IV.3 Réalisation et analyse des résultats
IV.4 Calcul du plan de tir en exploitation à ciel ouvert
IV.4.1 La géométrie de la charge
IV.4.1.1 Cas particuliers
IV.4.2 Les formules de calcul (Langefors)
IV.4.2.1 Le coefficient d’énergie
IV.4.2.2 La charge linéaire
IV.4.2.2.1 Coefficient de tassement à appliquer
IV.4.2.3 Le coefficient d’inclinaison
IV.4.2.4 La résistance au tirage
IV.4.2.4.1 L’état de fracturation
IV.4.2.4.2 L’indice de continuité
IV.4.2.5 Le rapport de maille
IV.4.2.6 Constant de Langefors
IV.4.2.7 Corrections
IV.4.3 Calcul des charges
IV.4.3.1 Charge de pied
IV.4.3.1.1 Charge de cisaillement
IV.4.3.1.2 Charge de poussée
IV.4.3.2 Charge de colonne
IV.4.3.2.1 Cas n° 1: explosif en vrac
IV.4.3.2.2 Cas n° 2: explosif encartouché
IV.4.4 Applications pratiques (cas du gisement aurifère d’Amesmessa, Tamanrasset)
IV.4.4.1 Situation Géographique
IV.4.4.2 Caractéristiques géologiques de la région du gisement aurifère
IV.4.4.2.1 Géologie régionale
IV.4.4.2.2 Géologie du gisement d’Amesmessa
IV.4.4.2.2.1 Les Secteurs aurifères
IV.4.4.2.2.2 Morphologie et Minéralogie des Corps
IV.4.4.3 Condition hydrogéologiques du gisement d’Amesmessa
IV.4.4.4 Conditions minières et géotechniques
IV.4.4.5 Calcul de paramètres de tir à l’explosif
IV.4.4.5.1 Données
IV.4.4.5.2 Calcul de Lf
IV.4.4.5.3 Calcul de S × Lf
IV.4.4.5.4 Calcul de Cin
IV.4.4.5.5 Calcul de RT
IV.4.4.5.6 Calcul de Bth
IV.4.4.5.7 Calcul de la banquette à porter sur le terrain
IV.4.4.5.8 Calcul des charges de pied
IV.4.4.5.9 Calcul des charges de colonne
IV.4.4.5.10 Interprétation
IV.5 Conclusion
Conclusion générale et recommandations
Références
Annexe
