Le « dilemme d’efficacité » causé par un grattoir
En 2019, une mine de cuivre a investi une somme importante pour introduire deux racleurs diesel d’une capacité de godet de 4 m³. On s’attendait à l’origine à résoudre immédiatement le goulot d’étranglement du minerai, mais il était inattendu que le problème soit découvert après que l’équipement soit tombé dans la mine : le rayon de braquage du tunnel était insuffisant et les racleurs se trouvaient face à un dilemme ; la largeur du chantier n’était que de 3,5 m et l’équipement à grand volume ne pouvait même pas terminer le pilotage ;
après que la distance de transport ait dépassé 200 m, l’efficacité des racleurs diesel a chuté d’une falaise et la production de minerai en une seule équipe n’était même pas aussi bonne que celle de l’ancien équipement d’origine de 2 m³.
Ce genre de situation n’est pas un cas isolé.
Dans le domaine de l’exploitation minière des métaux, il est fréquent que des « bons équipements ne parviennent pas à atteindre la capacité de production attendue » : l’efficacité des appareils de forage de roche est inférieure à la moitié des paramètres indiqués sur la plaque signalétique, le grattoir ne peut pas passer dans des tunnels étroits et la capacité de production de minerai est bien supérieure à la capacité de forage de roche, ce qui entraîne une inactivité prolongée de l’équipement.
Le cœur du problème ne réside pas dans l’équipement lui-même, mais dans le lien de sélection et d’appariement. La sélection de l’équipement ne consiste pas simplement à « acheter le plus cher », ni à soutenir l’optimisation « simplement à assembler l’équipement et à le faire fonctionner ». Il s’agit d’un projet systématique « adapté aux conditions de la mine » : les conditions du gisement déterminent la direction de sélection, les paramètres de l’équipement correspondent aux besoins de la scène et l’ensemble de la capacité du processus peut être adaptée les unes aux autres pour maximiser les bénéfices.
1.
La logique sous-jacente de sélection : conditions du gisement → paramètres de l’équipement → capacité de production
Lorsque de nombreuses entreprises choisissent un équipement, elles examinent d’abord le tableau des paramètres, puis comparent les prix avant de prendre une décision finale. C’est en fait mettre la charrue avant les boeufs.
La chaîne logique de sélection correcte doit être : Conditions du corps minéralisé (épaisseur, inclinaison, stabilité de la roche environnante) → Déterminer les paramètres structurels du chantier (section, distance de transport, hauteur d’extraction) → Déterminer le type et les spécifications de l’équipement → Vérifier si la capacité de production répond aux besoins miniers.
Par exemple, pour une veine mince fortement inclinée d’une épaisseur de 2 m et d’un angle d’inclinaison de 65°, la largeur du chantier n’est que d’environ 2 m.
Il est impossible d’entrer dans le chantier avec un grattoir de 3 m³.
Dans ce cas, un petit grattoir télécommandé avec une capacité de godet de 0,9 m³ et une largeur de corps de 1,4 m est le meilleur choix. Selon les statistiques pertinentes de l’industrie, Zijin Mining a investi un total de plus de 24 millions de yuans depuis 2022 pour développer 6 types d’équipements petits et légers adaptés à quatre scénarios typiques de forage de roche, de transport, de support et de secours en cas de catastrophe.
Au total, 92 ensembles ont été promus et appliqués. Parmi eux, un petit grattoir télécommandé a une capacité de pelletage allant jusqu’à 80 tonnes en un seul quart de travail de 6 heures dans des conditions de distance de transport de 50 m, et l’efficacité minière est trois fois supérieure à celle d’un treuil électrique de même puissance. Premier principe de sélection des modèles : le matériel doit pouvoir « entrer, travailler et sortir ».
2. Sélection des grattoirs : le « partenaire en or » de la capacité du godet et de la distance de transport
Le grattoir est l’équipement de base pour l’extraction du minerai dans les mines souterraines.
La sélection des carottes fait référence à trois dimensions : Capacité du godet, distance de transport et épaisseur du corps minéralisé.
2.1 Calcul de la capacité horaire de production du grattoir
La capacité de production horaire du grattoir détermine directement la limite supérieure de la capacité de production du système minier.
La formule de calcul est la suivante : Q = 3 600×q×k₁×ρ/ (k₂×T), où Q est la capacité horaire de production du grattoir (t/h) ; k₁ est le coefficient de remplissage du godet, généralement 0,8 ; T est le(s) temps(s) de cycle unique, comprenant le chargement, le déchargement, le temps de demi-tour et le temps de trajet aller-retour ; q est la capacité du godet racleur (m³) ; ρ est la densité du minerai (t/m³) ; k₂ est le coefficient lâche.
Prenons l’exemple d’un grattoir de 3 m³ dans une mine de cuivre : la densité du minerai est de 2,88 t/m³, le coefficient de relâchement est de 1,6, la distance de transport est de 80 m, la vitesse de fonctionnement est de 8 km/h, le temps de demi-tour de chargement et de déchargement est de 2 min et le coefficient de remplissage est de 0,8. La capacité de production horaire calculée est de 126 t/h ; si la distance de transport est portée à 200 m, la capacité horaire de production chute directement à 81 t/h. Lorsque la distance de transport augmente de 80 m à 200 m, l’efficacité chute directement de 36 %. C’est également la principale raison pour laquelle les grattoirs diesel de grande capacité ne conviennent pas aux scénarios de transport sur de longues distances, et les grattoirs électriques alimentés par câble sont plus économiques dans les scénarios de transport sur de longues distances.
2.2 Règles pratiques de sélection des capacités de combat
| Épaisseur du corps de minerai/largeur du chantier | Capacité recommandée du godet | Distance de transport typique |
|---|---|---|
| <2,5 m | 0,6 ~ 1,0 m³ | <80 m |
| 2,5~5 m | 1,5~3 m³ | 80~200 m |
| 5~8 m | 3~5 m³ | 100~300 m |
| >8m | 5~8m³ | 150~500m |
Selon les informations publiques de l’industrie, le premier grattoir souterrain de 8 m³ du pays adopte un mécanisme inverseur à six maillons. La hauteur totale de la machine est inférieure de 3 % à celle de produits similaires et la force de pelletage est augmentée de 5 %. Il a été promu et appliqué dans des mines à grande échelle en Russie.
On peut voir que les équipements de grande capacité ne sont pas la même chose que « idiots et épais », et l’innovation structurelle peut encore élargir les scénarios d’adaptation des équipements.
3.
Sélection de l’équipement de forage de roche : l’efficacité de la perforation détermine le rythme d’exploitation minière
Le forage de roches est le maillon initial de l’exploitation minière. Si l’efficacité de la perforation n’est pas conforme aux normes, tous les maillons ultérieurs tomberont dans le dilemme « d’attendre que le riz soit prêt ».
La formule de calcul de la capacité de production par équipes des appareils de forage de roche est la suivante : V = v×h×k×n, où V est la capacité de production par équipes (m/équipe) ; v est la vitesse de forage pure du marteau perforateur (m/h) ; h est le nombre d’heures de travail dans une équipe ;
k est le coefficient d’utilisation des heures de travail, généralement compris entre 0,4 et 0,6 ; n est le nombre de foreuses montées sur l’appareil de forage.
En prenant comme exemple une plate-forme de forage de roche à double bras dans une mine, la vitesse de forage pure dans la roche dure est de 0,8 m/h, une seule équipe travaille pendant 8 heures et le coefficient d’utilisation des heures de travail est de 0,5. La capacité de production par équipe calculée est de 6,4 m/équipe.
Si un petit chariot d’excavation intelligent est utilisé à la place, la vitesse d’avancement du forage de roche dans des conditions de roche dure peut être augmentée de 0,4 m/min à 1 m/min, le temps d’opération de forage du même tunnel de section transversale est réduit de 8 heures à moins de 4 heures, la vitesse d’avancement du forage de roche est doublée et la capacité globale de forage est augmentée de plus de 1 fois.
4.
Optimisation des installations de support : éliminer « l’effet baril » de l’ensemble du processus
La sélection de l’équipement est une optimisation en un seul point, et l’optimisation de support est une mise à niveau complète du système. La chaîne de production complète d’exploitation minière et de transport comprend le forage de roche → le dynamitage → l’exploitation minière → le transport et d’autres liens. Si un lien devient défaillant, l’efficacité globale sera réduite. L’essentiel de l’optimisation est que la capacité de production de chaque maillon corresponde et que la capacité globale s’adapte à la capacité de conception de la mine.
4.1 Pièges et solutions typiques
| Types de pièges | Performances | Dangers | Solutions |
|---|---|---|---|
| Grand chariot hippomobile | Grattoir de grande capacité équipé d’un tunnel de petite section | Les équipements sont impraticables et extrêmement peu efficaces | Sélectionner en fonction de la taille du chantier |
| Lien goulot d’étranglement | La capacité de forage de roche est bien inférieure à la capacité de production de minerai | Les mines et les équipements tels que les grattoirs sont inactifs | Le forage de roche d’abord, l’adaptation des capacités |
| Transport bloqué | Le transport par locomotive électrique ne peut pas suivre le rythme de l’exploitation minière | Le puits coulissant est plein et l’exploitation minière est interrompue | Améliorer la capacité du système de transport |
5. Analyse économique : calculer le coût par tonne de minerai
Le dernier critère de sélection des équipements est l’avantage économique. Tant que le coût par tonne de minerai peut être réduit, un investissement important en vaut la peine.
La formule de calcul du coût des équipements par tonne de ressources minérales est : C = (P
Prenons l’exemple du grattoir de 3 m³ d’une mine : l’investissement en équipement est de 2,8 millions de yuans, le taux d’intérêt annuel est de 5 %, la durée de vie est de 8 ans, le coût d’entretien annuel est de 350 000 yuans et la capacité de production annuelle est de 180 000 tonnes. On estime que le coût par tonne d’équipement minier est d’environ 4,2 yuans/t et que la période de retour sur investissement est inférieure à 4 mois. Cependant, si une mauvaise sélection entraîne une réduction de moitié de l’efficacité, la capacité de production annuelle chutera à 90 000 tonnes, le coût de l’équipement minier par tonne augmentera à 9,64 yuans/t et la période de récupération des investissements sera prolongée à plus de 7 mois. L’écart dans la sélection se reflétera directement dans les avantages économiques.
6. Référence de cas pratique
Cas 1 : Mine de plomb-zinc Guangxi Panlong : La mine avait des tunnels généralement étroits et ne pouvait utiliser qu’un grattoir de 1 m³, limitant considérablement sa capacité de production.
Lors de la promotion du projet d’expansion de la production de 6 000 t/j, l’entreprise a ajusté les paramètres du tunnel de manière ciblée et a introduit un grattoir de 3 m³ par transport de décomposition et assemblage souterrain. Il n’a fallu que 4 jours pour terminer l’assemblage et mettre en production, ce qui a considérablement amélioré le niveau de production moderne de la mine.
Cas 2 : Mine de métaux non ferreux de Hunan Shizhuyuan : La société adopte une stratégie de mise à niveau étape par étape pour promouvoir la mise à jour des équipements dans l’ensemble du processus de production souterrain : remplacement des appareils de forage portatifs par des appareils de forage de roche intelligents, augmentant ainsi de trois fois l’efficacité du forage de roche ; utiliser de grands grattoirs de 5 m³ pour éliminer 4 m³ ou plus. En supprimant les anciens équipements, l’efficacité minière par habitant a augmenté de 20 % ; il est équipé de grattoirs sans conducteur 5G+ pour réaliser du minage à distance. Au cours du seul premier semestre 2024, l’entreprise a récupéré 48 000 tonnes de minerai de chantier grâce à la technologie de pelletage télécommandé, créant une valeur économique de 32 millions de yuans, et a été sélectionnée avec succès comme usine de démonstration provinciale de « l’Internet industriel 5G+ ».
En résumé, l’essence de la sélection des équipements miniers et de leur optimisation est « l’art de faire correspondre » : ce n’est qu’en faisant correspondre le corps minéralisé et l’équipement, en faisant correspondre les liens et les liens, et en faisant correspondre les entrées et les sorties, que l’on peut obtenir un maximum d’avantages.
Les principes fondamentaux peuvent être résumés en trois phrases : Les conditions du corps minéralisé déterminent la direction, la formule de calcul est vérifiée et l’optimisation correspondante produit des avantages.
