juin/juillet 2016

Innovations en matière de manutention

De nouveaux concepts dans le domaine de la manutention des matériaux pourraient aider les minières à réduire les coûts d’exploitation

Par Alexandra Lopez-Pacheco

Conveyor
Des innovations touchant la conception et la construction des composants ont fait suite à l’augmentation des dimensions et de la vitesse des convoyeurs | Offert par Sandvik

La technologie de manutention de matériaux en vrac représente environ 25 % des coûts en capital d’une exploitation minière. Un peu comme les veines d’un organisme, cette technologie transporte la source de vie même d’une exploitation minière – à savoir, son minerai – de la mine vers l’usine de traitement et, finalement, vers les profits. Cette technologie a toutefois largement été tenue pour acquise, d’où le nombre limité d’innovations et d’attentes en matière de rendement dans ce domaine, estime Todd Swinderman, consultant sur les technologies de manutention des matériaux en vrac qui a travaillé pendant plus de 30 ans pour Martin Engineering, dont sept ans à titre de président et chef de la direction de la société.  

« Quand il s’agit de caractéristiques techniques et de rendement, les clients accordent plus d’importance à des choses comme des concasseurs, des concentrateurs et des broyeurs », estime-t-il. « En fin de compte, nous concevons toujours les convoyeurs de la même façon qu’à la fin des années 1800. »

Quand même, depuis 15 ans, les courroies des convoyeurs électriques sont devenues plus larges, atteignant 2,5 m (96 po) ou plus. Elles sont plus robustes et plus rapides et peuvent transporter de façon fiable environ 16 000 tonnes par heure à raison de 300 m (1 000 pi) par minute, a expliqué Charlie Beck, gestionnaire des activités liées aux composants de convoyeur à Sandvik Mining & Construction Canada. La technologie des convoyeurs a été perfectionnée et intègre désormais des systèmes de surveillance de pointe d’entreprises comme Sandvik et Phoenix, qui offrent des systèmes de surveillance des courroies et de protection contre l’usure et les dommages afin de mieux prévenir les problèmes potentiels et programmer des fermetures aux fins d’inspection.

Le fait d’associer une conception du 19e siècle à des vitesses et des capacités du 21siècle a toutefois causé certains problèmes, a souligné M. Swinderman. Les courroies – la pièce de convoyeur la plus coûteuse à remplacer, et qui peut représenter jusqu’aux deux tiers du coût d’installation – tendent à s’user bien avant la fin de leur durée de vie prévue. Elles sont également à l’origine de nombreux débordements et génèrent beaucoup de poussière, un important enjeu de santé et sécurité.

« Dans un grand nombre de cas, les accidents majeurs qui ont lieu à proximité d’un convoyeur surviennent quand les travailleurs s’affairent à nettoyer autour. Ils se produisent dans la zone de chargement ou de déchargement, là où l’on observe le plus de poussière et de débordements », a expliqué M. Swinderman. « Les valeurs sociales ont changé, les travailleurs rechignent à travailler dans un environnement poussiéreux et sale, les lois en matière de sécurité ont changé, la production a nettement augmenté, bref, ce qui fonctionnait peut-être il y a 50 ans ne suffit plus. »

M. Swinderman, qui estime que le temps est venu de revoir la conception du convoyeur traditionnel afin de prévenir ces problèmes, a décidé de passer à l’action. L’endroit où l’on observe le plus d’usure prématurée sur un convoyeur est au niveau de la poulie de queue, là où la courroie arrive à la fin de son brin de retour et se relève pour recevoir le matériau en vrac. Il a conçu une poulie guide tridimensionnelle qui permet le chargement près de la poulie de queue avec beaucoup moins de poussière, de débordements et moins de points de pression élevée sur le convoyeur. Son nouveau système de transition, qui peut être installé rétroactivement sur d’anciens convoyeurs, a été installé il y a quelques mois au chantier d’un client. « Son taux de poussière et de débordement a diminué de 93 % en moyenne », a affirmé M. Swinderman.

La taille et les vitesses accrues des convoyeurs ont également créé de nouveaux problèmes au niveau des rouleaux, traditionnellement fabriqués en acier. « Historiquement, les rouleaux ne posaient aucun problème », a affirmé M. Beck. Au fil des ans, leurs dimensions et leur poids ont augmenté pour tenir compte des vitesses et capacités accrues, ce qui a entraîné plus de risques pour la sécurité des travailleurs responsables de leur remplacement et de leur entretien.

Ils sont également plus bruyants. « Les rouleaux d’acier conventionnels ont une soudure et à force de tourner, cette soudure présente, comme sur un pneu, une usure par aplatissement. Si vous ne roulez qu’à 15 km/h, vous ne l’entendez pas, mais à 100 km/h, c’est très bruyant », a expliqué M. Beck. Les efforts visant à fabriquer des rouleaux sans soudure à partir de matériaux plus légers comme le plastique ou l’aluminium ont donné lieu à des rouleaux moins bruyants – mais qui sont également moins stables dans des conditions météorologiques extrêmes et affichent un taux de défaillance plus élevé.

Au mois de mars, Sandvik a lancé un nouveau rouleau sans soudure, le rouleau HR185 de poids faible et à faible bruit, fait d’un matériau composite mis au point par l’entreprise, qui a la durabilité de l’acier, mais qui est de 55 % à 60 % plus léger. « Cela fait une énorme différence quand l’on pense que les travailleurs doivent parfois manutentionner ces rouleaux en suspension ou sur une passerelle », a souligné M. Beck.

De nos jours, les rouleaux à plus faible bruit sont appréciés : grâce aux améliorations apportées aux convoyeurs, ils peuvent couvrir des distances plus grandes, parfois à proximité de secteurs résidentiels. Sandvik, par exemple, construit actuellement un convoyeur terrestre courbe faisant 21 km de longueur, l’un des plus longs au monde, pour le nouveau puits de mine de charbon Shondoni de Sasol Mining en Afrique du Sud.

Il y a de plus en plus de demandes pour des convoyeurs de plus grande longueur parce qu’un « grand nombre de mines souhaitent réduire le roulage, celui-ci étant à l’origine de l’augmentation de leur empreinte carbone, de leurs effectifs et des risques de sécurité », a affirmé Rudi Pieterse, vice-président, activités liées aux marchés, Sandvik Mining Systems, pour les États-Unis et le Canada.

Après tout, les camions de roulage coûtent cher à exploiter. Par exemple, Teck Resources a récemment estimé qu’à sa mine de charbon métallurgique Elkview située dans le sud-est de la Colombie-Britannique, il en coûte 450 $ l’heure pour exploiter chacun des quelque 40 camions de roulage de la mine. 

RailVeyor
Le Rail-Veyor est propulsé par des stations d’entraînement, les structures jaunes ci-haut, qui sont réparties tout au long de la voie de roulage | Offert par Rail-Veyor

Réinventer le transport de matériaux      

En ce moment, un système souterrain de 3 km utilisant une solution de remplacement aux convoyeurs, camions et voies ferrées est en train d’être installé à la mine Goldex d’Agnico Eagle à Val-d’Or, au Québec. Sa mise en service aura lieu en 2017. Le système électrique entièrement automatisé Rail-Veyor, qui, selon Frank Ward, vice-président, ventes et marketing, Rail-Veyor Technologies Global Inc., coûte de 80 à 90 % moins cher à exploiter qu’un camion de roulage, ressemble à un petit train sans moteur avec des véhicules sur rail ouverts et continus et des stations d’entraînement qui ne démarrent qu’à l’approche du Rail-Veyor afin de le propulser plus loin. Il peut se déplacer à un maximum de 22 km à l’heure et son rayon de virage minimal est de 27 m.

« Nous ne produisons pas d’émissions », a indiqué M. Ward. « Dans les applications souterraines, le Rail-Veyor réduit les besoins de ventilation; cela permet ainsi de prolonger une mine en profondeur sans être limité par les exigences en matière de ventilation de l’équipement au diesel. »

Qui plus est, « le Rail-Veyor n’a même pas besoin d’être fixé au sol. Nous avons déplacé 200 m de voie et une station d’entraînement en six heures », a affirmé M. Ward.

Conçu pour durer au moins 20 ans et nécessitant peu d’entretien, le système Rail‑Veyor peut fonctionner sur des plans inclinés jusqu’à 22 %. L’entreprise a également construit un site de démonstration de son système à Sudbury. Initialement mis au point en 1999, le Rail-Veyor « est maintenant un produit mature prêt à conquérir le monde », a déclaré M. Ward. 

SkipWaySystem
Le système Skip Way de Thyssenkrupp est conçu de façon à hisser le minerai le long de la paroi de la fosse et à réduire les longs trajets des camions de roulage et l’entretien routier connexe | Offert par Thyssenkrupp

À l’assaut des pentes…

Jusqu’à présent, il n’existait aucune option viable autre que la construction de routes sur les terrasses et le recours à des camions de roulage afin de venir à bout des pentes abruptes des mines à ciel ouvert. Mais tout cela est en train de changer.

« Notre équipe de recherche et développement et notre service des ventes travaillent actuellement sur trois types de systèmes de convoyage pour mines à ciel ouvert », a affirmé Franz Wolpers, premier vice-président et responsable de la manutention des matériaux, Thyssenkrupp Industrial SolutionsAG, et responsable de R&D Mining World. En fait, l’entreprise vise des hauteurs de convoyage autrefois inimaginables en optant pour le chemin le plus direct – et le plus court.

Un des systèmes sur lesquels Thyssenkrupp collabore avec ContiTech et Siemens est le MegaPipe Conveyor, qui sera capable de transporter du matériau prébroyé au sommet d’une pente de 35 à 45 degrés avec une capacité maximale de 5 000 t/h. Le deuxième système, destiné aux mines à ciel ouvert, met à contribution le type de technologie de grue à câble utilisée pour la construction de barrages de grande envergure. Au lieu de recourir à des convoyeurs ou à un rail léger, le système Skip Way de Thyssenkrupp utilise des bennes avec contrepoids qui se déplacent le long de câbles en tandem sur des pentes dont l’inclinaison peut atteindre 60 degrés. Le système Skip Way peut transporter, de 350 à 2 000 tonnes de matériau non broyé par heure du fond de la mine jusqu’à 100 à 300 m plus haut vers une station au sommet, où les bennes sont automatiquement déchargées dans une trémie de broyage ou des camions de roulage. « Au cours d’une journée de travail complète, le système de convoyage de bennes, d’une capacité de 2 000 t/h produit 29 000 kg d’émissions de CO2 de moins qu’un parc de sept camions transportant une charge utile d’environ 136 tonnes chacun et également utilisés pour le transport de 2 000 t/h », a souligné M. Wolpers, ajoutant : « Le système peut fonctionner même par très mauvais temps et peut être utilisé dans les régions sujettes aux tremblements de terre ou dans les mines dont les pentes sont instables, car les mâts de soutien des câbles sont situés à distance de la pente et ancrés de façon souple dans les fondations à l’aide de boulons. Le système tout entier, y compris la station d’entraînement, de déchargement et d’entraînement, peut également être relocalisé dès que les nouveaux points d’ancrage ont été bétonnés dans la mine. »

Pour les pentes encore plus raides, l’entreprise s’emploie également à mettre au point un système de convoyage de bennes avec contrepoids (Skip Conveyor System) qui utilisera également des câbles, mais dans ce cas-ci pour tirer les bennes le long d’un système de rails alors qu’elles transportent de 3 000 à 5 000 tonnes de matériau non broyé par heure sur une longueur de 200 à 700 m, sur des inclinaisons de 55 à 90 degrés.

Bien qu’elles se soient peut-être fait attendre, ces innovations pourraient bien marquer le début d’une nouvelle ère pour la manutention de matériaux en vrac au sein de l’industrie minière.

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