49_CR_02-04-09_Nitro..

LES EXPLOSIFS CIVILS
Utilisés en carrières
EFFICACITÉ
Dynamites
ÉMULSIONS
Mélange phase huile et Nitrate d’ammonium en
phase liquide
ÉMULSIONS COMPOSITES
Fabriquées sur site (UMFE)
Mélange Émulsion vrac (matrice) et Prills de nitrate.
Nitrates Fuels
SÉCURITÉ
ÉMULSIONS
PHASE
HUILE
+
PHASE LIQUIDE
NITRATE
D’AMMONIUM
+
ALUMINIUM
GAZEIFICATION par Bulles
de gaz ou microbilles de verre
1
ÉMULSIONS ENCARTOUCHÉES
Émulsions moyenne gamme
Explosifs « colonne »
Émulsions haut de gamme
Explosifs de pied
Énergies >= dynamite
EFFICACITÉ DES ÉMULSIONS ENCARTOUCHÉES
La résistance à l’eau
très bonne
La sensibilité à l’amorçage
Dynamites : Très bonne
Émulsions : Bonne
L’énergie spécifique (MJ/kg)
Émulsions haut de gamme : Énergie >= Dynamites
La sensibilité au choc -> Sécurité
Dynamites : très sensibles
Émulsions : peu sensibles
La sensibilité face aux pressions dynamiques
Dynamites : peu sensibles
Émulsions : sensibles
→ Émulsions billes de verre
2
LA COMPRESSION DYNAMIQUE DES EXPLOSIFS
EFFICACITÉ DES ÉMULSIONS ENCARTOUCHÉES
ÉMULSIONS ENCARTOUCHÉES
DYNAMITES
AVANTAGE :
Peu sensible aux chocs
(Moins dangereux dans les déblais)
INCONVENIENT :
Sensible aux pressions dynamiques du terrain
Nécessite des précautions d’emploi
Plans de tir adaptés
3
LES ÉMULSIONS COMPOSITES
FABRIQUÉES SUR SITE
VRAC
FABRICATION SUR SITE (UMFE)
- Émulsions pures (MORSE souterrain )
- Émulsions composites (BLENDEX 85 A, BLENDEX 30)
- Nitrates Fuels (NITRO D8 et NITRAL)
4
Procédé de fabrication Emulsion composite
Nitrate
Matrice
5.1
5.1
Gazéifiant
EAU
Déversement
dans la trémie
tampon
Extraction du Nitrate
et transport dans une
vis sans fin
Injection de
l’émulsion et mélange
Emulsion
Nitrate d’Ammonium
Ajout de l’agent de
gazéification et pompage
dans la canule de
chargement
Quantité d’explosif susceptible d’être
présente dans l’unité :
15 à 50 kg en fonction des unités
Le mélange émulsionnitrate devient explosif
15 minutes après le
pompage
Unité de fabrication Emulsion pompable
Citerne émulsion
Cuve de Nitrate
d’ammonium
Vis de mélange
Trémie tampon
Flexible de
pompage
5
Unité de fabrication Emulsion pompable
Caractéristiques générales des unités
mobiles de fabrication
Camion tout terrain de capacité
de production de 5 à 10 tonnes
de produits finis.
Organes de fabrication et
pompage pilotés par un seul
automate qui assure des
fonctions de contrôle de
production et de sécurité : arrêt
de pompage en cas de
dépassement de température,
pression, non-débit.
6
Organisation de chantier : chargement
1 opérateur certifié apte à la conduite de l’unité de fabrication
pour la production et le pompage
1 opérateur à la canule
1 opérateur pour amorçage + bourrage des trous
Avantages de la fabrication sur site
Sécurité :
- stockage et transport d’explosif limité aux
détonateurs et cartouches ou boosters d’amorçage
- risque de détournement / vol d’explosif réduit
- produit à faible sensibilité au choc et à la friction :
Nitrate Fioul/Emulsion
Dynamite
Choc
> 1200 J
5J
Friction > 353 N
73% à 353 N
- réduction très forte des risques d’accident pendant la
mise en œuvre ou les opérations d’extraction des
matériaux
7
Avantages de la fabrication sur site
Conditions de travail :
- mécanisation des opérations de chargement des
forages : très forte diminution des ports de charge
- baisse de la manipulation de produits dangereux :
Carrière :
volée de 30 forages à 100 kg/trou :
60 kg d’explosif amené sur site (2 cartouches
amorces de 1 kg par trou)
pour une quantité totale de 3000 kg d’explosif
Avantages de la fabrication sur site
Optimisation des opérations de minage :
- remplissage complet du trou de foration : en général
augmentation des mailles de forage de 10 à 20 % par
rapport aux produits traditionnels
- rapidité et facilité de la mise en œuvre : débit de
pompage de 150 kg/min, soit 2 à 3 t/heure à trois
personnes
- 2 à 3 fois plus rapide qu’un chargement traditionnel
8
Évolution réglementaire récente
Modification de la nomenclature ICPE le 10/08/2005 : création
de la rubrique 1310 2c : fabrication sur site pour des quantités
inférieures à 200 kg, activité soumise à déclaration.
Publication de l’arrêté type le 12/12/2005 et des annexes en
février 2006.
Accélération de l’utilisation de ces technologies pour les carrières
et chantier de terrassement
UMFE : avantages / limites
Avantages :
Limites :
Sécurité
Accès des sites
Rapidité, facilité et moindre
pénibilité du chargement
Taille minimale de tirs
Optimisation des mailles
Reproductibilité des tirs
Mise à disposition du
matériel 5j/7 matin et
après-midi qui nécessite
une planification des tirs 2
à 3 jours à l’avance
Augmentation de la taille des tirs,
baisse des nuisances
Évolution des techniques de tir
9
Énergies linéaires en fonction du diamètre de forage
(Mégajoules par mètre linéaire de chargement)
Energies linéaires
90
80
70
60
102
115
50
127
E linéaire (MJ/m )
165
40
30
20
165
10
127
115
0
Emulsion
Milieu de
gamme
Nitrate Fuel
102
Dynamite ou
élusion haut
de gamme
Emulsion
composite
vrac
LES EXPLOSIFS UTILISES EN CARRIERE
EFFICACITÉ
(Énergie)
Technique du
minage
Contraintes de
l’exploitation
EXPLOSIF
SÉCURITÉ
RENTABILITÉ
Évolution des
produits
10
LA COMBINAISON DES EXPLOSIFS
ET L’ADAPTATION DE LA MAILLE
Même énergie spécifique en pied et en colonne
Maille = 16 m2
Maille = 21 m2
Coût d’abattage = 1.34 €/m3
Coût d’abattage = 1.37 €/m3
1588 trous pour 370 000 m3
1178 trous pour 370 000 m3
-25 % de forage
ÉVOLUTION DES PRODUITS D’AMORÇAGE
LE DÉTONATEUR ÉLECTRONIQUE
11
Comparaison détonateurs
Shock tube
functioning
Shocktube Pyrotechnic Delay Detonator
Fusehead
functioning
Electric
Pyrotechnic
Delay Detonator
Pyrotechnic
delay detonator
00101100110100100100101111
Electronicdelay
Delay
Detonator
Electronic
detonator
L ’amorçage électronique pour la réalisation de tirs de mines
Daveytronic
Connectique
Détonateur
1.4S UN456
CE 0080EXP980013
Consoles de
programmation et tir
12
L ’amorçage électronique pour la réalisation de tirs de mines
Le Détonateur
Bouchon
HDPE
Étui Aluminium
3.42" / 0.3"
Circuit
électronique
HDPE renforcé
2x0.7 Cu
TA
Techno DB
Étiquette
0.8 g PETN
Prédénudage et
shunt
L ’amorçage électronique pour la réalisation de tirs de mines
Le Détonateur
– Tous les détonateurs sont
identiques
– Fil de jonction avec une
haute résistance mécanique
– Programmable par pas de 1
ms entre 1 et 4000 ms
– Concept avec EEPROM qui
garde en mémoire non
volatile le numéro et le
temps du détonateur
13
L ’amorçage électronique pour la réalisation de tirs de mines
Console de programmation
– Test individuel de chaque
détonateur et programmation du
temps
– Test du raccordement : fuite,
nombre de détonateurs raccordés
– Ohmètre
– Stockage des données (temps
programmé, nombre de détos
raccordés)
L ’amorçage électronique pour la réalisation de tirs de mines
Console de tir
– Configuration de la console de
programmation
– Transfert des détonateurs
programmés
– Test complet du circuit de tir : ligne de
tir, détonateur un par un
– Charge des détonateurs
– Déclenchement du tir : test de niveau
d'énergie des détonateurs avant envoi
de l'ordre de mise à feu
14
L ’amorçage électronique pour la réalisation de tirs de mines
F EU
Charge……………….
Ordre de tir n'est envoyé que si
chaque détonateur est correctement
chargé
AVANTAGES DE L’AMORÇAGE ELECTRONIQUE
Précision
< 1 ms
Pas de dispersion pyrotechnique
Flexibilité
Adaptation des séquences pour les vibrations
Optimisation des séquences pour la granulométrie
Augmentation de la taille des tirs
Sécurité
Communication bi-directionnelle avec les détonateurs
Nombreux tests
Exploseur intégré (capacité)
15
L’EVOLUTION DES TECHNIQUES DE
MINAGE
Bon tir
Mauvais tir
CONSTAT :
• Géométrie irrégulière des fronts
• Déviations de forage
• Chargements guidés par l’habitude
→ Maîtrise insuffisante de la géométrie
et de la distribution d’énergie
Les imprécisions de forage
16
Les imprécisions de foration
La surforation
1 tir de 20 trous
Avec 1 mètre foré de trop (6 €/m)
Avec 2 cartouches de trop (3€/kg = 18€)
= 480 € de perte
~ entre 8 et 12 % du coût d’abattage
→ Pics de vibration
→ Détérioration du carreau inférieur
Les imprécisions de foration
Déviations des trous
Déviations de
foration par
mesure Pulsar
(vue en plan)
17
LA GEOMETRIE DES FRONTS EN CARRIERE
Front 1
Front 2
LA GEOMETRIE DES FRONTS EN CARRIERE
Nitrate fuel
Emulsion vrac
Dynamite
Détermination du volume
réel de roche à abattre par
trou
Variation des géométries d’abattage pour des trous successifs au sein
d’un même tir
18
LA GEOMETRIE DES FRONTS EN CARRIERE
VARIATION DES VOLUMES ET DES ENERGIES DANS UN TIR
Rock volume per hole
700
Exemple de variation du volume de
roche à abattre pour les trous d’un
même tir.
600
Volume m3
500
400
300
200
100
Variations des énergies spécifiques
(MJ/m3) lors d’un chargement
traditionnel de ces trous (même
quantité d’explosif par trou).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Blast hole
Specific energy
4
3.5
3
2.5
MJ/m3
Les conséquences de ces variations
dans la distribution d’énergie peuvent
être des risques de projections, des
pics de vibration et une granulométrie
hétérogène.
2
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Blast hole
L’EVOLUTION DES TECHNIQUES DE MINAGE
Acquisition du front
Géométrie du tir
Implantation foration
Foration
Foration
Modèle 3D
Tachéomètre laser
Plan fictif
Déviation des trous
Rapport
Rapportavec
avecmodifications
modifications
apportées
apportéesau
auplan
plande
detirtir
N°Tir
N° Trou
Hauteur de front
Inclinaison Front
Inclinaison forage
Longueur foration
Surforation
E6N3_280202_3D
1
17.4
11
0
18.4
1
2
17.5
10
0
18.5
1
3
17.7
9
0
18.7
1
4
17.5
11
0
18.5
1
5
17.4
11
0
18.3
1
6
17.5
8
0
18.5
1
7
17.5
7
0
18.5
1
8
17.4
9
0
18.4
1
0
0
0
9
17.3
8
0
18.3
1
10
17.3
10
0
18.3
1
EXPLOSIFS :
Booster
Cartridge2
0
35.00 (7)
0
0 2.50 (1)
2.50 (1)
0
0 30.00 (6)
0 2.50 (1)
15.00 (3)
15.00 (3)
20.00 (4)
20.00 (4)
15.00 (3)
Emulsion truck
278
300
315
240
120
338
346
312
295
130
Anfo truck
0
0
0
0
99
0
0
0
0
100
0
Sonde Pulsar
Adaptation des charges
Mise
en
Mise
enœuvre
œuvre
du
duchargement
chargement
TIR
TIR
Energie spécifique constante pour tous les
trous
19
Premier objectif : la SÉCURITÉ
Le premier avantage des techniques de contrôle est qu’elles
permettent d’assurer la sécurité du tir vis-à-vis des risques de
projection. Bien que le risque zéro n’existe pas, ces techniques
réduisent fortement le risque de projection par une meilleure
connaissance des positions des charges par rapport aux
surfaces libres du front. Ceci est rendu possible par le couplage
de la géométrie et du chargement d’explosif dans le logiciel
GEOLASER , qui donne au concepteur de plan de tir une vision
bien meilleure des risques et la possibilité d’adaptation du
chargement.
Objectif : SÉCURITÉ
La connaissance des moindres
épaisseurs afin de diminuer les risques de projection
Profils minimaux
Profils perpendiculaires au front
Vue en plan
Profil et banquettes
Vue en plan
Parcours des banquettes mini
en vue de face
Le couplage de la géométrie du front avec
les déviations de forage permet de connaître
la position de chaque charge ponctuelle
d’explosif par rapport aux surfaces libres du
front. Le calcul des banquettes minimales
permet de visualiser les distances minimales
entre les charges et la surface libre le long
de toute la profondeur du trou et dans toutes
les directions. Les zones à risque sont ainsi
mises en évidence dans toute la zone
d‘influence du trou.
Banquettes minimales
20
Objectif SÉCURITÉ
Lors de l‘acquisition du front, l‘opérateur a pour consigne
de viser les zones à risques apparentes, telles que les
poches de terre affleurantes ou failles ouvertes. De plus,
on introduit pour chaque trou le rapport de foration. Ces
informations sont stockées et apparaissent au devant de
chaque profil de trou. Ceci permettra d‘en tenir compte lors
de la conception du chargement afin de réduire tout risque
de projection (adaptation des bourrages intermédiaires).
Deuxième objectif : l’optimisation du Résultat
Dans la plupart des carrières, les
fronts sont irréguliers et les
géométries varient d’un trou à l’autre.
Ces variations ont une incidence sur
la consommation spécifique
d’explosif, qui peut varier
considérablement d’un trou à l’autre.
Le minage contrôlé permet de
maîtriser ces variations et de les
lisser à l’aide d’une adaptation des
charges en fonction du volume réel à
abattre par trou. L’homogénéité dans
la distribution d’énergie ainsi obtenue
fournit une qualité de résultat
d’abattage qui a été confirmée sur
plusieurs sites.
Nitrate fuel
Emulsion
vrac
Dynami
te
Variation des géométries d’abattage pour des trous
successifs au sein d’un même tir
21
MAÎTRISE DE LA DISTRIBUTION ENERGETIQUE DU TIR
Énergie spécifique constante
Le logiciel EXPERTIR 3D calcule les quantités à charger en vue de respecter
les énergies spécifiques requises. L’aide apportée par le logiciel permet ainsi
de réaliser ce type de chargement de façon rapide et pratique pour une
utilisation systématique en carrière.
MAÎTRISE DE LA DISTRIBUTION ENERGETIQUE DU TIR
Énergie spécifique constante
L’objectif de la conception du tir à énergie spécifique constante est de lisser les différences d’énergie
spécifique dues aux variations géométriques du front. On respectera ainsi une énergie spécifique en
pied et en colonne par l’adaptation du chargement au volume réel à abattre par trou.
Energies spécifiques
6
5.5
5
4.5
Energie [MJ/M3]
4
3.5
Epied
Ecol
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
trous
22
Meilleure fragmentation par l’adaptation
de la séquence d’amorçage
EXEMPLE : Temps entre charges / entre trous
de 25/50 ms à 5/10 ms
Vitesse d’éjection du front : +40%
Longueur du tas :
+20%
Hauteur du front :
-60%
Granulométrie : -23%
Pied (temps BRH) : -70%
Blocs (temps BRH) : -33%
Temps de chargement (chargeuse) : -20%
Tours à l’heure tombereaux :
-10%
Débit concasseur primaire : +2.5%
Pas d’augmentation de vibrations
Surpression aérienne : ↑↑↑↑
Adaptation de la séquence d’amorçage pour la réduction des
vibrations
Un autre moyen pour l’amélioration du résultat consiste à adapter la séquence
d’amorçage. L’adaptation des temps permet d’influencer la granulométrie et de
réduire l’impact des vibrations par une visualisation de la superposition des fronts
d’ondes sismiques. Les détonateurs électroniques offrent dans ce sens une grande
flexibilité de réalisation. Sur plusieurs sites, différentes séquences ont pu être
adaptées en fonction des conditions du massif et des structures environnantes.
23
IMPACT DU MINAGE SUR LA CHAÎNE DE PRODUCTION EN
AVAL
La méthode de minage présentée a apporté des gains avérés
dans la plupart des sites où elle est utilisée. Ces gains
doivent néanmoins être suivis et contrôlés. Un des moyens
de contrôle est d’établir avec la carrière une méthodologie
pour l’acquisition des paramètres clés de production qui
dépendent de la qualité du minage. Cette méthodologie
s’appuie sur le stockage et l’analyse d’information à l’aide du
logiciel GODAMINE. Elle est en cours d’utilisation sur
plusieurs exploitations.
Possibilités d’acquisition et de centralisation des paramètres clés
de production liés au minage
Performance chargement - transport
Pesage embarqué
Mesure des cycles
Coûts de forage minage
Contrôle de vibration
Heures de Brise Roche
Hydraulique
Débit du concasseur primaire
Taux de fines
24
Centralisation des informations des tirs
La géométrie des tirs et toutes leurs informations techniques sont importées dans la
base de données topographique pour une consultation centralisée. Tout l’historique
du minage de l’exploitations est conservé.
Centralisation des informations géométriques des tirs
La centralisation des données géométriques en
coordonnées absolues permet d’effectuer
plusieurs contrôles : respect des altitudes des
carreaux, mesure des pieds restants et effets
arrière, contrôle des volumes d’abattage,…
Volumes individuels des tirs à
l’intérieur d’un volume global
(plusieurs tirs)
Zones de
«pied restant»
25
Centralisation des informations techniques des tirs
Gestion des données
techniques dans GODAMINE
Toutes les informations techniques
sont organisées et traitées en temps
réel pour l’obtention de tableaux de
bord. On peut ainsi contrôler en temps
réel les quantités d’explosif
consommées, les mètres forés, les
géométries réelles et les distributions
d’énergie.
En sélectionnant un nouvel objet
graphique avec la souris,
l’arborescence des données est mise
à jour de façon instantanée pour l’objet
courant. Les données peuvent être
visualisées sous forme d’arborescence
ou de liste.
Contrôle du lien entre minage et production
Un des aspects les plus intéressants de l’outil est
la possibilité de stocker les paramètres clés de
production de l’exploitation liés au tir. On peut
ainsi contrôler, par exemple l’évolution des débits
du concasseur primaire, les heures BRH pour
casser des blocs ou le taux de fines. Pour chaque
dérive de ces paramètres on pourra aller
rechercher les éventuelles causes liées au
minage, grâce à la mise à disposition centralisée
de toute l’information.
Consommation et débit du
concasseur primaire pour les
tirs de la zone 4
Consommation des tirs et
heures de BRH pour le
débitage des blocs
Exemple de sélection :
données de production des
tirs.
26
CONCLUSION
MAÎTRISE DU MINAGE EN CARRIÈRE
27