mai 2013

La durée de vie d’une mine

Par Eavan Moore

Une équipe de construction installe un élévateur à tambour, un système bien conçu pour les mines profondes actuelles | Offert par ABB


À mesure que les mineurs progressent en profondeur, leur élévateur doit suivre le chemin parcouru. La norme actuelle de contrôle numérique confère aux systèmes la polyvalence nécessaire dans ces conditions, mais le plus grand défi, et la prochaine étape en matière de recherche et développement, concerne le câble qui retient le tout.

« C’est un peu un cliché, mais la mine ne tient qu’à ce fil », résume Allan Guse, ingénieur principal, groupe des élévateurs chez Vale Canada Ltd. « Mais c’est certain que le câble est l’élément principal du système dans son ensemble, le point autour duquel une bonne partie du système est conçu et configuré. »

La solidité et la durabilité du câble sont les facteurs qui déterminent l’efficacité du système de levage. En général les câbles sont conçus d’un noyau d’acier ou de fibre auquel sont ajouté des câbles d’acier agrégés. À l’usage, le métal se corrode. Sur un élévateur à tambour, les composantes du câble frottent entre eux quand ils s’enroulent autour du tambour, ce qui les use. Les puits les plus profonds, qui dépassent désormais les 3 000 mètres, sont encore plus exigeants sur les câbles.

Le fait qu’il soit maintenant plus facile de garder l’œil sur l’état des câbles ne peut qu’aider. La firme canadienne de R&D C-Core a développé un réseau de caméra qui permet de gagner l’heure environ que devrait investir une personne chaque jour dans l’inspection visuelle du câble sur l’élévateur à l’arrêt. Le système, du nom de RopeInspector, est offert sur le marché par Bestech. Les systèmes d’inspection électromagnétique se sont également améliorés CANMET et la firme sud-africaine Ansys ont toutes deux développé des systèmes de suivi continu pendant l’utilisation normale. Le système Continuous Rope Monitoring d’Ansys est installé sur plusieurs mines, y compris la Moab Khotsong d’AngloGold Ashanti, qui peut se vanter de posséder un puits continu de 3,5 kilomètres, le plus profond du monde. Le système génère un champ magnétique en continu qui expose les câbles brisés, la corrosion et d’autres problèmes. Il affiche une description simple de l’état du câble à l’écran de l’utilisateur, diffuse une alarme quand il est témoin d’écarts aux paramètres de sécurité enregistrés, et stocke des données plus détaillées pour référence. « Si l’on peut [faire ce suivi] en continu, on peut détecter les petites détériorations qui commencent à survenir, et on peut prendre des mesures d’entretien à l’avance », précise Guse, qui croit que Vale investira certainement dans l’achat d’au moins système d’évaluation dans les prochaines années.

Des câbles à la durée de vie plus longue

Idéalement, bien sûr, les câbles ne briseront pas. Contrairement au modèle au câble plat habituel, Guse indique que les câbles comprimés, qu’utilisent la mine Nickel Rim d’Xstrata et la mine Goderich de Compass Minerals, offrent une meilleure protection contre l’usure et, selon les estimations du fabricant, durent deux fois plus longtemps. Les fils passent dans une matrice qui en lisse la surface extérieure, ce qui réduit les échancrures entre chacun. « La surface extérieure des fils est comprimée, ce qui confère au câble une surface très lisse, contrairement aux câbles traditionnels sur lesquels chaque fil à la surface extérieure est exposé », explique-t-il. « La surface extérieure lisse des fils comprimés diminue la tension au contact. »

Mais les changements de configuration ne changent rien au fait que les câbles d’acier sont lourds, ce qui limite leur capacité de levage. Un câble plus solide finit par devoir soutenir son propre poids. Les câbles plus lourds ont aussi généralement une durée de vie plus courte, puisque les fils plus résistants sont plus sensibles à l’usure et au durcissement. En réaction à ce phénomène, un nouveau modèle dont CASAR Drahtseilwerk Saar GmbH vient de lancer la commercialisation utilise un noyau résistant et léger fait de fibre aramide synthétique ou de fibres de polyéthylène de module élevé. Le noyau est enveloppé de la manière habituelle, de fils d’acier. En remplacement instantané aux câbles d’acier traditionnels, le modèle hybride pourrait augmenter la capacité de chargement par voyage sans aucun effet sur ses propriétés d’usure externe. En contrepartie, le suivi électromagnétique ne révélerait rien du noyau.

Un câble entièrement synthétique arrivera plus tard, remarque Guse. « Dans cinquante ans, nous nous demanderons certainement comment il a pu être possible d’utiliser des câbles d’acier », assure-t-il. Leur conception et leur évaluation pourraient demander encore dix ans, et bien plus de temps pourrait s’écouler avant que les exploitants de mines commencent à miser leur fortune sur le plastique, mais la fibre synthétique serait légère et ne subirait aucune corrosion.

Un meilleur frein

Déroulés dans les profondeurs d’un puits de deux ou trois kilomètres, les câbles adoptent un comportement risqué. C’est là qu’interviennent les ingénieurs électriques comme Klaus Kacy, consultant technique principal chez ABB Canada Inc.

Les systèmes de levage bâtis après la fin du 20e siècle auront deux composantes électriques principales : un moteur d’entraînement unique sur courant alternatif et un contrôleur logique programmable. Si la mécanique du levage n’a pas beaucoup évolué depuis les années 1930, les éléments de contrôle en revanche sont désormais des logiciels. Outre les gains en espace et en rendement énergétique, ce changement permet aux fabricants de programmer facilement des ajustements aux cycles, de limiter la tension du câble et de programmer le contrôle des freins.

La mine LaRonde d’Agnico-Eagle, qui comprend le puits Penna de 2,2 kilomètres, est un exemple d’exploitation qui a dû améliorer son système de freinage. À grande profondeur, explique Kacy, les câbles d’acier se comportent comme des ressorts : quand ils s’arrêtent soudainement, ils rebondissent. Pour une cage élévatrice, cela a des conséquences sérieuses si les gens qui s’y trouvent sont exposés à une décélération abrupte après un arrêt d’urgence. Ayant remarqué des indications que les arrêts de sécurité avaient été activés sur son élévateur de service, LaRonde a fait appel à ABB pour concevoir un test d’accéléromètre pour évaluer la décélération excessive de la cage.

ABB a développé breveté une méthode de contrôle qui adoucit les oscillations dans le transport. Le « retour contrôlé » s’active en cas d’arrêt d’urgence quand un chargement se déplace vers le haut. Au départ, le système ne livre presque aucune pression de freinage, car la gravité s’en charge. Le système permet au tambour de revenir vers l’arrière, laissant la cage descendre. À ce moment, la force de freinage augmente doucement. Mais le fait que la cage se déplace maintenant vers le bas plutôt que vers le haut indique que l’énergie de l’oscillation se dissipe d’abord, et le système de freinage peut adoucir la perte de vitesse.

La sécurité d’abord

Si le retour contrôlé est un avantage pour les élévateurs à friction, une configuration plutôt bon marché efficace jusqu’à des profondeurs de moins de 1 600 mètres, la technologie a d’abord été conçue pour les élévateurs à tambour, qui conviennent mieux aux puits profonds.

Le facteur de sécurité du câble, calculé en divisant la force de freinage du câble par le poids total du chargement suspendu, peut décider non seulement du modèle d’élévateur à privilégier mais de la conformité légale des nouvelles technologies. Ryan Gough, directeur des services de projet chez Cementation Canada, remarque que cela pose en fait un défi autre que technique aux mines profondes : parfois l’industrie innove si vite que les organismes de réglementation n’arrivent pas à suivre. Agnico-Eagle a mis deux ans à persuader le gouvernement québécois que le fait de passer d’un facteur de sécurité du câble de cinq à un facteur de quatre ne poserait aucun risque supplémentaire à la sécurité, dans la mesure où les autres exigences rigoureuses déjà adoptées par le Bureau des normes d’Afrique du Sud étaient respectées.

L’élévateur à plusieurs tambours Blair permet aussi de répondre aux limitations au niveau du câble. Le système Blair, conçu pour les puits profonds dans les années 1950, utilise deux câbles plus petits par élévateur, plutôt qu’un seul, ce qui permet d’en répartir le poids. Xstrata a utilisé un élévateur de service de modèle Blair dans son projet Nickel Rim à Sudbury et Cementation Canada se prépare à en installer un à la mine Grasberg de Freeport McMoran. « Je crois que nous allons voir se multiplier les occasions d’utiliser des élévateurs Blair dans l’avenir », estime Gough, qui souligne que l’équipement mobile devient de plus en plus gros et exigeant pour les élévateurs.

Un voyage plus rapide

Les mines souterraines d’envergure ont de grands besoins d’investissement, ce qui augmente l’importance pour la mine de maintenir sa production. Si elle peut augmenter la vitesse de l’élévateur, c’est autant de temps gagné. Gough croit que les améliorations au freinage de la dernière décennie ont aidé, mais il voit aussi des possibilités intéressantes dans le système Levelok E-Brake développé par le groupe Horne : un mécanisme hydraulique qui retient la cage aux arrêts et qui freine automatiquement en cas de panne au niveau du câble. « Dans les régions qui exigent la présence de butées de sûreté sur les élévateurs pour personnes », explique-t-il, « on utiliserait normalement des guides de bois pour assurer le bon fonctionnement du mécanisme d’arrêt, pour obtenir des taux de décélération acceptables. » Le système E-Brake respecte les normes de décélération des butées sur guides d’acier de l’Ontario, ce qui pourrait permettre de faire fonctionner les cages à plus grande vitesse.

De meilleurs freins, des câbles plus solides, et un système de suivi continu, ce ne sont pas les plus spectaculaires des innovations. Mais ils adoucissent les voyages au quotidien, diminuent les coûts d’opération et aident à redéfinir les normes : plus profond, plus vite et plus grand.

Traduit par SDL

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