Plan de conception pour l'excavation de galeries minières souterraines et le dynamitage de roches
Introduction : La conception du dynamitage pour l’excavation de galeries minières souterraines est un élément essentiel du processus d’exploitation minière. La pertinence de la conception a une incidence directe sur l’efficacité, le coût, la sécurité et l’impact de l’excavation sur la roche environnante. Un plan de dynamitage optimisé peut accroître la vitesse d’avancement, contrôler les vibrations, préserver la stabilité de la roche environnante et créer des conditions favorables à l’exploitation ultérieure. Cet article, basé sur de nombreuses références, présente les éléments clés et les méthodes pratiques de conception du dynamitage pour l’excavation de galeries souterraines.
Préparations préliminaires à la conception du dynamitage : Analyse des conditions géologiques : Comprendre en détail la géologie de la mine, notamment les types de roches, leur dureté et la répartition des joints et des fractures. Par exemple, les joints et les fractures peuvent influencer la propagation des ondes de contrainte et la rupture de la roche. Des informations géologiques précises doivent être recueillies au moyen de levés de terrain, de données de forage et d'études géophysiques. Différents types de roches et différentes duretés nécessitent des paramètres de dynamitage différents ; les roches dures nécessitent généralement des charges plus élevées et des configurations de trous appropriées.
Définir les exigences techniques : clarifier les dimensions de la galerie, la forme de la section transversale et la direction de l'excavation. Par exemple, les galeries circulaires et rectangulaires nécessitent des conceptions de tir différentes ; les angles des galeries rectangulaires peuvent nécessiter des dispositions de trous spécifiques pour contrôler le profil. Tenir compte des vitesses d'avancement requises : une excavation plus rapide peut nécessiter des techniques de tir et des combinaisons de paramètres plus efficaces.
Conception de la disposition des trous de mine Conception des trous à fente :
Choix de la méthode de rainurage : Les méthodes courantes incluent le rainurage en coin et le rainurage en trou droit. Le rainurage en coin convient aux roches moyennement tendres à tendres : les trous en coin inclinés créent une face libre en coin pour le dynamitage ultérieur. Le rainurage en trou droit est utilisé pour les roches dures, où des trous vides parallèles créent une face libre et un espace de compensation, tandis que les trous chargés environnants effectuent la rupture. Des techniques de rainurage innovantes, telles que le rainurage par cavité et le dynamitage par éjection de fragments (CCFT), ont été étudiées et appliquées ; par exemple, une conception de rainurage parallèle avec des trous à double jet (P-DFH) renforce les charges de fond et produit une détonation en deux étapes qui forme une cavité de rainurage plus complète, surmontant ainsi les limites du forage dense traditionnel.
Détermination des paramètres des trous oblongs : Spécifier la profondeur, l'espacement et l'angle des trous oblongs. La profondeur des trous oblongs est généralement supérieure de 15 à 20 % à celle des autres trous de mine afin de garantir un rainurage efficace. Pour les roches mi-dures, les angles des trous oblongs peuvent être compris entre 60° et 75°, avec un espacement de 0,5 à 1,0 m selon les propriétés de la roche. Pour un rainurage en trou droit, l'espacement entre les trous vides et les trous chargés est généralement de 0,2 à 0,5 m.
Trous auxiliaires (de décharge) : Placés entre les trous oblongs et les trous périphériques, ils permettent d'agrandir le volume des trous oblongs et de créer une meilleure surface libre pour les charges périphériques. L'espacement des trous auxiliaires est généralement légèrement supérieur à celui des trous périphériques, et les charges explosives peuvent être relativement plus importantes. Pour les roches mi-dures, l'espacement des trous auxiliaires peut être de 0,6 à 0,8 m, la quantité de charges étant adaptée aux caractéristiques de la roche.
Trous périphériques (contour) : Utilisés pour contrôler le profil de la galerie et garantir que la section transversale respecte les dimensions de conception. L'espacement des trous périphériques et la quantité de charge sont essentiels au contrôle du profil. La simulation numérique et les essais sur le terrain indiquent que, dans certaines conditions, par exemple dans les galeries profondes de la mine de phosphate de Kaiyang, un espacement des trous périphériques S = 0,70 m, une densité de charge linéique β = 0,9 kg/m et un coefficient de découplage ζ = 2,5 ont donné de bons résultats de dynamitage de contour avec un minimum de sur-défoncement/sous-défoncement. Le bourrage de sable dans les trous périphériques réduit les dommages à la roche environnante et améliore l'utilisation de l'énergie explosive.
Calcul de la quantité de charge : La quantité de charge est un facteur clé du résultat du tir et est généralement déterminée par les propriétés de la roche, le diamètre, la profondeur et l’espacement des trous. Les formules empiriques courantes incluent la formule du volume et la formule de la consommation par unité. Par exemple, la formule du volume Q = qV, où Q est la charge, q la consommation d’explosif par unité de volume de roche et V le volume de roche à dynamiter. La consommation unitaire q dépend de la résistance de la roche et se situe généralement entre 0,3 et 1,5 kg/m³.
Séquence de tir et délais : Une séquence de tir rationnelle et des délais de tir précis permettent de contrôler les vibrations de tir et d'améliorer la fragmentation. En général, les trous oblongs sont tirés en premier, puis les trous auxiliaires, et enfin les trous périphériques. Les délais de tir doivent tenir compte de la fragmentation de la roche et des temps de projection, ainsi que de la réduction des vibrations. Par exemple, les délais entre les trous oblongs et les trous auxiliaires peuvent être de 25 à 50 ms, et entre les trous auxiliaires et périphériques de 50 à 100 ms. La simulation numérique et les essais sur le terrain peuvent être utilisés pour optimiser les délais de tir afin d'améliorer la fragmentation et de réduire les vibrations.
Sélection des matériaux et équipements de dynamitage : Choisir un type d'explosif adapté aux conditions de la mine. Pour l'excavation de galeries souterraines, on utilise généralement des explosifs offrant une bonne sécurité et une puissance modérée, comme les explosifs à émulsion. Ces explosifs présentent une bonne résistance à l'eau et des performances stables, ce qui les rend adaptés à la plupart des opérations de dynamitage souterrain. Dans les mines de charbon à risque de gaz, seuls les explosifs homologués pour une utilisation minière doivent être utilisés, conformément aux réglementations de sécurité.
Amorçage et choix du détonateur : Les dispositifs d'amorçage les plus courants comprennent les détonateurs électriques et les détonateurs à tube de choc (non électriques). Les détonateurs électriques sont simples et fiables à utiliser, mais peuvent être dangereux dans les environnements à courants vagabonds. Les détonateurs à tube de choc résistent aux courants statiques et vagabonds et sont largement utilisés pour les tirs souterrains. Dans les environnements de tir complexes, des détonateurs électroniques peuvent être utilisés ; ils permettent un contrôle précis du temps de tir, améliorant ainsi l'efficacité et la sécurité du tir.
Prévision et évaluation des effets du dynamitage. Simulation numérique : Utiliser un logiciel de simulation numérique (par exemple, ANSYS/LS-DYNA) pour construire un modèle numérique de dynamitage en galerie. En saisissant les paramètres mécaniques de la roche, la disposition des trous et les paramètres de dynamitage, simuler la rupture, la projection et les vibrations de la roche pendant le dynamitage. Par exemple, les simulations peuvent évaluer les effets de différentes méthodes de rainurage et paramètres de dynamitage sur les résultats d'excavation et fournir une base pour l'optimisation de la conception.
Évaluation des essais sur le terrain : Réaliser des essais à petite échelle avant l'excavation à grande échelle. Évaluer l'efficacité du dynamitage en observant la fragmentation de la roche, la formation du profil de la galerie et en mesurant les vibrations. Ajuster et optimiser la conception en fonction des résultats des essais afin de garantir des performances satisfaisantes lors de travaux de grande envergure.
Mesures de sécurité : Détermination des distances de sécurité : Établir des distances de sécurité pour le dynamitage en fonction de la quantité d’explosifs et des propriétés de la roche. Marquer et sécuriser les zones d’exclusion à l’intérieur de la distance de sécurité afin d’empêcher tout accès non autorisé. Pour le dynamitage par galerie souterraine, les distances de sécurité sont généralement comprises entre 100 et 300 m, les valeurs spécifiques étant calculées au cas par cas.
Ventilation et contrôle des poussières : Le sablage génère des gaz et des poussières qui doivent être rapidement éliminés. Utilisez des ventilateurs, des conduits et d'autres équipements de ventilation localisés pour garantir une qualité de l'air conforme aux normes de sécurité. De plus, utilisez des pulvérisations d'eau et des brumisateurs pour réduire l'exposition des travailleurs à la poussière.
Contrôle des vibrations de dynamitage : Réduisez l'impact des vibrations de dynamitage sur la roche et les structures environnantes en optimisant les paramètres de dynamitage, en contrôlant la taille de la charge et en utilisant des séquences et des délais de tir appropriés. Dans les zones sensibles aux vibrations, le pré-éclatement, le dynamitage doux et d'autres techniques contrôlées peuvent limiter davantage les vibrations.
Conclusion : La conception d’un plan de dynamitage pour l’excavation de galeries minières souterraines est une tâche complexe et systématique qui nécessite la prise en compte des conditions géologiques, des exigences techniques, des matériaux de dynamitage et des mesures de sécurité. Grâce à une disposition rationnelle des trous, une conception précise des paramètres de dynamitage, une sélection appropriée des explosifs et des systèmes d’amorçage, et des procédures de sécurité rigoureuses, il est possible de réaliser une excavation de galeries efficace, sûre et économique. La simulation numérique et les essais sur le terrain doivent être utilisés pour prédire et évaluer les performances de dynamitage et pour optimiser en permanence les conceptions afin de répondre aux conditions spécifiques des différentes mines et d’améliorer l’efficacité et la rentabilité de l’exploitation.
