Les machines minières constituent le support essentiel de la production minière moderne, et leur histoire de développement reflète le bond en avant dans la capacité humaine à transformer la nature.
Des excavatrices géantes dans les mines à ciel ouvert aux foreuses intelligentes en profondeur, ces équipements déterminent non seulement l’efficacité minière, mais sont également directement liés à la sécurité minière et à l’utilisation des ressources.
Ce qui suit présentera systématiquement les principaux types, principes de fonctionnement et caractéristiques techniques des équipements miniers.
1. Méthodes d’exploitation minière et classification des équipements
L’exploitation minière est principalement divisée en deux formes de base : l’exploitation minière à ciel ouvert et l’exploitation souterraine. Il existe des différences significatives dans le choix des équipements entre les deux. L’exploitation à ciel ouvert convient aux situations où les corps minéralisés sont proches de la surface. Il présente les caractéristiques d’une efficacité de production élevée, d’un faible coût et d’une bonne sécurité. Actuellement, environ 90 % des minerais de fer mondiaux et environ 62 % des mines de cuivre adoptent l’exploitation à ciel ouvert.
L’exploitation souterraine est utilisée pour les gisements profonds et nécessite la construction d’infrastructures complexes telles que des puits et des tunnels. L’équipement doit s’adapter aux espaces étroits et aux conditions géologiques complexes.
En fonction de la nature des travaux, les machines et équipements miniers peuvent être divisés en quatre grandes catégories : les équipements miniers (utilisés pour l’extraction du minerai), les équipements de transport (responsables du transport du minerai et de la roche), les équipements de traitement (concassage, broyage, criblage) et les équipements auxiliaires (ventilation, drainage, alimentation électrique, etc.).
2. Équipement de base des mines à ciel ouvert
1. Équipement de perforation : plate-forme de forage
Les plates-formes de forage sont le principal équipement du processus « perçage et dynamitage » des mines à ciel ouvert. Ils sont utilisés pour forer des trous de dynamitage dans la masse rocheuse pour le chargement et le dynamitage.
Les mines à ciel ouvert modernes utilisent principalement des appareils de forage rotatifs et des appareils de forage de fond.
Les appareils de forage rotatifs coupent les roches en faisant tourner le foret et conviennent aux formations rocheuses de dureté inférieure à moyenne. Le foret est équipé d’une structure dentée à trois cônes ou sphériques, et de l’air à haute pression est utilisé pour souffler les déblais et refroidir le foret.
Les plates-formes de forage fond de trou placent l’impacteur au fond du trou, et l’énergie d’impact agit directement sur le trépan, évitant la perte de transmission d’énergie dans la tige de forage, et convient au forage de trous profonds.
Les appareils de forage à cône dans les grandes mines à ciel ouvert peuvent forer des trous d’un diamètre de 250 à 440 mm et d’une profondeur de plus de 20 mètres.
2. Équipement d’exploitation minière et de chargement : excavatrice
L’excavatrice est la « force principale » de la mine à ciel ouvert.
Les pelles mécaniques électriques sont les plus couramment utilisées dans les mines à ciel ouvert à grande échelle en raison de leur puissante force de creusement et de leur grande adaptabilité aux formations rocheuses ; les pelles hydrauliques sont agiles et très précises et conviennent aux mines de petite et moyenne taille ou aux surfaces de travail qui nécessitent une précision minière stricte.
La capacité du godet de la plus grande excavatrice minière au monde dépasse actuellement 75 mètres cubes, et une pelle peut charger des centaines de tonnes de minerai.
3. Équipement de transport : camions miniers et convoyeurs à bande
La sélection de l’équipement dans le lien de transport affecte directement les coûts d’exploitation de la mine.
Les camions-bennes miniers lourds (généralement d’une capacité de charge de 100 à 400 tonnes) sont très flexibles et peuvent transporter le minerai directement du site minier à la station de concassage ou au site de décharge, en s’adaptant au terrain complexe.
Le convoyeur à bande est au cœur du processus minier continu. Il présente les avantages d’une grande capacité de transport, de longues distances et d’une faible consommation d’énergie. Dans les grandes mines de charbon à ciel ouvert, la bande passante d’un seul convoyeur peut atteindre plus de 2 mètres et la capacité de transport dépasse 10 000 tonnes par heure.
4. Déversement de terre et équipements auxiliaires
Les bulldozers sont utilisés pour les opérations de nivellement de sites, de construction de routes et de déversement ;
les niveleuses entretiennent les routes ;
les arroseurs suppriment la poussière. Ces équipements auxiliaires assurent le fonctionnement continu et stable du système de production minière.
3. Équipement clé pour les mines souterraines
1. Appareils de forage souterrains
Les appareils de forage souterrains sont divisés en appareils de forage de roche et en appareils de forage d’ancrage. Les appareils de forage de roche sont utilisés pour l’excavation de tunnels et la construction de trous de mine. Ils sont pour la plupart entraînés par système hydraulique et sont équipés de marteaux supérieurs ou d’impacteurs de fond de trou.
Ils peuvent fonctionner de manière flexible dans des tunnels étroits. Les plates-formes de forage d’ancrage sont utilisées pour le support des tunnels.
Ils installent des tiges d’ancrage après avoir percé des trous dans le toit et les murs latéraux pour empêcher l’effondrement de la roche environnante.
Ce sont des équipements clés pour assurer la sécurité des souterrains.
2. Loader (LHD)
Scraper est l’équipement d’exploitation minière et de chargement de base des mines souterraines, intégrant des fonctions de pelletage, de transport et de déchargement.
Le chargeur souterrain spécial présente les caractéristiques d’un profil bas, d’un petit rayon de braquage, d’un entraînement électrique ou diesel (équipé d’un dispositif de purification des gaz d’échappement), etc., afin de s’adapter à l’espace étroit du tunnel.
Les chargeurs modernes télécommandés et automatisés peuvent déjà fonctionner sans pilote dans les zones dangereuses.
3. Système de levage et de transport
Le minerai souterrain doit être soulevé jusqu’à la surface par des puits.
Le système de levage comprend des palans, des cages ou des bennes, des câbles métalliques et des derricks, etc.
L’exploitation minière à puits incliné utilise des convoyeurs à bande ou des groupes de wagons de mine.
L’équipement de ventilation est également essentiel, et les mines souterraines doivent établir des systèmes de ventilation mécanique pour fournir en permanence de l’air frais et éliminer la fumée et la poussière des armes à feu.
4. Équipement de traitement des minéraux
Le minerai brut extrait doit être concassé et broyé avant de pouvoir entrer dans le processus de traitement des minéraux.
Le concasseur est utilisé pour le concassage grossier et moyen des minerais.
Le concasseur à mâchoires a une structure simple et un fonctionnement fiable, et constitue le premier choix pour le concassage grossier ;
le concasseur à cône a une grande capacité de traitement et une granulométrie de produit uniforme, et convient au concassage moyen et fin de minerais moyennement durs et supérieurs ; le concasseur à percussion utilise l’impact pour écraser le produit, a une bonne forme de particules et convient aux matériaux fragiles.
Le broyeur à boulets est l’équipement principal pour les opérations de broyage fin.
Son principe de fonctionnement est le suivant : des billes d’acier sont installées dans le cylindre comme moyen de broyage, et les billes d’acier sont projetées vers le bas par la rotation du cylindre, et le minerai est broyé à la finesse requise par impact et broyage.
Les broyeurs à boulets sont largement utilisés dans les industries des minerais métalliques, des minerais non métalliques et des matériaux de construction.
Il s’agit de l’équipement qui consomme le plus d’énergie dans les usines de traitement des minéraux.
5. Tendances de développement technologique
Les équipements miniers évoluent vers des directions à grande échelle, intelligentes et vertes.
Les équipements à grande échelle peuvent réduire considérablement les coûts de production unitaires. Par exemple, la capacité de charge des camions bennes électriques est passée de 100 tonnes à 400 tonnes.
En termes d’intelligence, des camions miniers autonomes, des plates-formes de forage télécommandées et des systèmes de concassage intelligents ont été utilisés dans certaines mines avancées, réduisant considérablement le nombre de travailleurs sur site.
L’écologisation se reflète dans le remplacement des équipements diesel par des équipements électriques, une conception à faible bruit et à faibles vibrations, ainsi que des systèmes efficaces de dépoussiérage pour réduire l’impact des mines sur l’environnement.
Les équipements miniers constituent une partie importante du système de l’industrie lourde, et leur niveau technique reflète directement les capacités de fabrication d’équipements d’un pays.
De la mécanisation grossière à l’intelligence sophistiquée, les équipements miniers modernes redéfinissent les limites de l’efficacité et de la sécurité de la production minière.
