Exploitation minière par longue taille

L'exploitation minière par longue taille est une forme d' exploitation minière souterraine du charbon dans laquelle un long mur de charbon est extrait en une seule tranche (généralement de 0,6 à 6,0 m (2 pi 0 po - 19 pi 8 po) d'épaisseur). La section de roche extraite, connue sous le nom de panneau de longue taille, mesure généralement 3 à 4 km (1,9 à 2,5 mi) de long, mais peut atteindre 7,5 km (4,7 mi) de long et 250 à 400 m (820 à 1 310 pi) de large. La méthode de longue taille se compare à la méthode de taille courte, à la méthode des chambres et des piliers et à plusieurs autres .

L'idée de base de l'exploitation minière par longue taille a été développée en Angleterre à la fin du XVIIe siècle, bien qu'elle ait pu être anticipée à l'ère préindustrielle par une technique similaire utilisée par les Hopis du nord-est de l'Arizona au XIVe siècle. Les mineurs creusaient le charbon sur toute la largeur du front de taille, retirant le charbon au fur et à mesure de sa chute, et utilisaient des supports en bois pour contrôler la chute du toit derrière le front de taille. C'était connu sous le nom de méthode d'exploitation minière du Shropshire . Bien que la technologie ait considérablement changé, l'idée de base reste la même, à savoir retirer pratiquement tout le charbon d'un large front de taille et permettre au toit et à la roche sus-jacente de s'effondrer dans le vide derrière, tout en maintenant un espace de travail sûr le long du front de taille pour les mineurs.

À partir de 1900 environ, la mécanisation a été appliquée à cette méthode. En 1940, certains appelaient l'exploitation minière par longue taille « la méthode du convoyeur », du nom de la machine la plus importante impliquée. Contrairement à l'exploitation minière par longue taille antérieure, l'utilisation d'un tapis roulant parallèle au front de taille du charbon obligeait le front de taille à se développer le long d'une ligne droite. Les seules autres machines utilisées étaient un coupeur électrique pour saper le front de taille du charbon et des perceuses électriques pour faire sauter le front de taille. Une fois le front de taille tombé, le travail manuel était utilisé pour charger le charbon sur le convoyeur parallèlement au front de taille et pour placer des supports de toit en bois pour contrôler la chute du toit.

Ces mines à longue taille, de faible technologie, ont continué à fonctionner jusque dans les années 1970. L'exemple le plus connu est celui de la mine New Gladstone près de Centerville, dans l'Iowa , « l'une des dernières mines à longue taille en développement aux États-Unis ». Cette mine à longue taille n'utilisait pas de tapis roulant, mais s'appuyait plutôt sur des poneys pour transporter les cuves de charbon du front de taille jusqu'à la pente , où un treuil ramenait les cuves à la surface.

L'exploitation minière par longue taille a été largement utilisée comme étape finale dans l'exploitation des anciennes mines à chambres et à piliers . Dans ce contexte, l'exploitation minière par longue taille peut être classée comme une forme d' exploitation minière en retrait .

Les voies d'accès sont creusées à l'arrière de chaque panneau avant le début de l'exploitation minière à longue taille. La voie d'accès le long d'un côté du bloc est appelée la porte principale ou porte d'amont ; la route de l'autre côté est appelée la porte arrière. Lorsque l'épaisseur du charbon le permet, ces voies d'accès ont été préalablement développées par des unités de mineurs continus, car la longue taille elle-même n'est pas capable du développement initial. La disposition de la longue taille peut être de type « avançant » ou de type « reculant ». Dans le type avançant, les voies d'accès sont formées au fur et à mesure que le front de taille du charbon avance. Dans les veines plus minces, la méthode d'exploitation minière à longue taille avançante peut être utilisée. Dans le type reculant, le panneau est un front de taille reliant les deux. Seule la voie d'accès principale est formée en avant du front de taille. La voie d'accès arrière est formée derrière le front de taille du charbon en retirant la pierre au-dessus de la hauteur du charbon pour former une chaussée suffisamment haute pour y circuler. L'extrémité du bloc qui comprend l'équipement de longue taille est appelée le front de taille. L'autre extrémité du bloc est généralement l'une des principales voies de circulation de la mine.La cavité située derrière la longue taille est appelée goaf, goff ou gob.

En règle générale, l'air d'admission (frais) monte par la porte principale, traverse le front de taille, puis descend par la porte arrière, ce que l'on appelle la ventilation de type « U ». Une fois passé le front de taille, l'air n'est plus de l'air frais, mais de l'air de retour emportant la poussière de charbon et les gaz de mine tels que le méthane , le dioxyde de carbone , selon la géologie du charbon. L'air de retour est extrait par des ventilateurs montés à la surface. D'autres méthodes de ventilation peuvent être utilisées lorsque l'air d'admission passe également par la porte principale et dans un purgeur ou une route de retour arrière réduisant les émissions de gaz de la fosse vers le front de taille, ou l'air d'admission monte par la porte arrière et traverse le front de taille dans la même direction que la chaîne du front de taille dans un système homotrope.

Pour éviter la combustion spontanée du charbon dans la zone de la fosse, les gaz peuvent s'accumuler derrière les joints afin d'exclure l'oxygène de la zone de la fosse scellée. Lorsqu'une fosse peut contenir un mélange explosif de méthane et d'oxygène, l'injection/inertisation d'azote peut être utilisée pour exclure l'oxygène ou pousser le mélange explosif profondément dans la fosse où il n'y a aucune source d'inflammation probable. Les joints doivent être surveillés à chaque quart de travail par un superviseur de mine certifié pour détecter les dommages et les fuites de gaz nocifs.

Plusieurs vérins hydrauliques , appelés supports de toit motorisés, cales ou boucliers, mesurent généralement 1,75 m (5 pi 9 po) de large et sont placés en longue ligne, côte à côte sur une longueur maximale de 400 m (1 300 pi) afin de soutenir le toit du front de taille . Une cale individuelle peut peser de 30 à 40 tonnes, s'étendre jusqu'à une hauteur de coupe maximale de 6 m (20 pi) et avoir un rendement nominal de 1 000 à 1 250 tonnes chacune, et s'avance hydrauliquement de 1 m (3 pi 3 po) à la fois.

Le charbon est extrait du front de taille par une machine appelée shearer (chargeuse électrique). Cette machine peut peser entre 75 et 120 tonnes en général et comprend un corps principal, qui abrite les fonctions électriques, les unités motrices de traction pour déplacer la shearer le long du front de taille et les unités de pompage (pour alimenter les fonctions hydrauliques et hydrauliques). À chaque extrémité du corps principal sont installés les bras de déplacement qui peuvent être déplacés verticalement de haut en bas au moyen de vérins hydrauliques, et sur lesquels sont montés les tambours de coupe de la shearer qui sont équipés de 40 à 60 pics de coupe. À l'intérieur des bras de déplacement sont logés des moteurs électriques très puissants (généralement jusqu'à 850 kW) qui transfèrent leur puissance par une série d'engrenages intermédiaires à l'intérieur du corps et à travers les bras jusqu'aux emplacements de montage des tambours aux extrémités des bras de déplacement où se trouvent les tambours de coupe. Les tambours de coupe tournent à une vitesse de 20 à 50 tr/min pour extraire le minerai de la veine de charbon.

La haveuse est transportée sur toute la longueur du front de taille sur le convoyeur blindé du front de taille (AFC) à l'aide d'un système de transport sans chaîne, qui ressemble à un système à crémaillère et pignon renforcé spécialement développé pour l'exploitation minière. Avant les systèmes de transport sans chaîne, les systèmes de transport à chaîne étaient populaires, où une chaîne robuste passait sur toute la longueur du front de taille pour que la haveuse puisse se tirer elle-même. La haveuse se déplace à une vitesse de 10 à 30 m/min (33 à 98 pi/min) selon les conditions de coupe.

L'AFC est placé devant les supports de toit motorisés et l'action de cisaillement des tambours rotatifs qui coupent la veine de charbon désintègre le charbon, celui-ci étant chargé sur l'AFC. Le charbon est retiré du front de taille par un convoyeur à chaîne à raclettes jusqu'à la porte principale. Là, il est chargé sur un réseau de bandes transporteuses pour être transporté à la surface. À la porte principale, le charbon est généralement réduit en taille dans un concasseur et chargé sur la première bande transporteuse par le chargeur à poutres (BSL).

Au fur et à mesure que la haveuse retire le charbon, l'AFC est entraînée derrière la haveuse et les supports de toit motorisés avancent dans la cavité nouvellement créée. Au fur et à mesure que l'exploitation minière progresse et que l'ensemble de la longue taille progresse dans la veine, la cavité augmente. Cette cavité s'effondre sous le poids des couches sus-jacentes. Les couches d'environ 2,5 fois l'épaisseur de la veine de charbon enlevée s'effondrent et les lits au-dessus s'installent sur la cavité effondrée. Cet effondrement peut abaisser la hauteur de la surface, ce qui entraîne des problèmes tels que la modification du cours des rivières et de graves dommages aux fondations des bâtiments.

Les méthodes d'exploitation minière à longue taille et à chambres et piliers peuvent toutes deux être utilisées pour l'exploitation de veines de charbon souterraines adaptées. La méthode à longue taille permet une meilleure récupération des ressources (environ 80 % contre environ 60 % pour la méthode à chambres et piliers ), moins de consommables de soutènement de toit sont nécessaires, des systèmes d'évacuation du charbon à plus grand volume, une manutention manuelle minimale et la sécurité des mineurs est renforcée par le fait qu'ils sont toujours sous les supports hydrauliques du toit lorsqu'ils extraient du charbon.

L'exploitation minière par longue taille est traditionnellement un processus manuel dans lequel l'alignement de l'équipement de front de taille était effectué à l'aide de lignes de ficelle. Des technologies ont été développées pour automatiser plusieurs aspects de l'exploitation minière par longue taille, notamment un système qui aligne la face du panneau de longue taille en retrait perpendiculairement aux routes d'accès.

En bref, les sorties du système de navigation inertielle sont utilisées dans un calcul de calcul à l'estime pour estimer les positions des haveuses. Des filtres de Kalman et des lisseurs optimaux peuvent être appliqués pour améliorer les estimations de calcul à l'estime avant de repositionner l'équipement de longue taille à la fin de chaque cisaillement. Des algorithmes d'espérance-maximisation peuvent être utilisés pour estimer le filtre inconnu et les paramètres de lissage pour suivre les positions des haveuses de longue taille.

Comparé au contrôle manuel de l'équipement minier, le système automatisé permet d'améliorer les taux de production. En plus des gains de productivité, l'automatisation de l'équipement de longue taille entraîne des avantages en matière de sécurité. Le front de taille est une zone dangereuse en raison de la présence de méthane et de monoxyde de carbone, tandis que la zone est chaude et humide car de l'eau est pulvérisée sur le front de taille pour minimiser le risque d'étincelles lorsque la haveuse pique la roche. En automatisant les processus manuels, les travailleurs du front de taille peuvent être retirés de ces zones dangereuses.

Comme pour de nombreuses techniques d’exploitation minière, il est important de prendre en compte les impacts environnementaux locaux et régionaux de l’exploitation minière par longue taille.

L'affaissement des mines à longue taille (LWMS) est un processus anthropique qui a de nombreuses répercussions écologiques et environnementales, en particulier sur la santé des sols et le mouvement de l'eau dans une région où l'affaissement des mines à longue taille est très répandu. Il est important d'en tenir compte car certains sites miniers à longue taille peuvent s'étendre sur plusieurs kilomètres. Cela étant dit, les systèmes d'écoulement hydrologique, les systèmes racinaires des arbres et les espèces végétales peuvent souffrir des quantités de sol enlevées sous eux, et ces stress conduisent à l'érosion de surface.

Les mines abandonnées constituent également un problème dans les zones où le développement résidentiel s'est installé. Les maisons érigées à proximité de mines à longue taille abandonnées sont confrontées à la menace de dommages futurs causés par les dolines et la mauvaise qualité du sol , même jusqu'à trente ans après l'abandon de la mine.

L'exploitation minière par longue taille étant très longue, elle peut toucher des zones de plus de 200 acres (81 ha). Sur ces plus grandes étendues, il a été observé que les mines par longue taille situées sous les flancs des montagnes présentent un affaissement plus visible dans les paysages de montagne que dans les paysages de vallée.

Il y a eu des cas d'affaissement de surface modifiant le paysage au-dessus des mines. À Newstan Colliery en Nouvelle-Galles du Sud , en Australie, « la surface a baissé de cinq mètres par endroits » au-dessus d'une mine à plusieurs niveaux. Dans certains cas, l'affaissement cause des dommages aux éléments naturels tels que le drainage des cours d'eau ou aux structures artificielles telles que les routes et les bâtiments. « Douglas Park Drive a été fermé pendant quatre semaines parce que des panneaux de longue taille... ont déstabilisé la route. En 2000, le gouvernement de l'État a arrêté l'exploitation minière lorsqu'elle est arrivée à 600 mètres des ponts jumeaux. Un an plus tard, on a signalé l'apparition de trous de 40 centimètres dans la route, et le pont a dû être soulevé latéralement pour le réaligner. » Un rapport géotechnique de 2005 commandé par la Roads & Traffic Authority a averti que « l'affaissement pourrait se produire soudainement et se produire sur de nombreuses années ».

Cependant, il existe plusieurs mines qui ont été exploitées avec succès avec peu ou pas d'affaissement de surface mesurable, y compris des mines sous des lacs, des océans, des bassins versants importants et des zones écologiquement sensibles. L'affaissement est minimisé en augmentant la largeur des piliers de chaîne adjacents du bloc, en diminuant la largeur et la hauteur des blocs extraits et en prenant en compte la profondeur de la couverture ainsi que la compétence et l'épaisseur des strates sus-jacentes.

L'exploitation minière par longue taille peut entraîner des perturbations géologiques dans le lit rocheux, ce qui peut à son tour affecter le mouvement de l'eau et provoquer un écoulement de l'eau de la surface à travers la zone exploitée vers l' aquifère . La perte d'eau de surface qui en résulte peut avoir un impact négatif sur les écosystèmes riverains.

De plus, s'il existe des barrages à proximité du site minier à longue taille, cela pourrait avoir un double impact sur les écosystèmes riverains , car cela entraînerait une réduction du débit d'entrée ainsi qu'une perte due à la fracturation de la roche sous-jacente.

En 2014, le gouvernement australien a pris des mesures pour atténuer les impacts de l'exploitation minière par longue taille sur l'eau. Les assemblées législatives ont appelé à des mesures pour améliorer les infrastructures minières afin de minimiser les perturbations.

En raison de la fissuration du substratum rocheux due à l'exploitation minière sous des eaux telles que des lacs ou des rivières, des pertes d'eau souterraine de diverses ampleurs ont été observées. Les mines situées à quelques centaines de mètres de la surface sont susceptibles de recevoir d'importants apports d'eau provenant de ces masses d'eau. De plus, après une intervention minière perturbant le paysage naturel à proximité des mines, les voies d'écoulement naturelles de l'eau peuvent être redirigées, ce qui entraîne une érosion supplémentaire sur les rives d'un ruisseau ou d'une rivière. L'exploitation minière supplémentaire dans des zones concentrées déplace continuellement ces voies d'écoulement de l'eau, qui mettent des années à revenir à leur état d'origine.

De nombreux écosystèmes dépendent de la régularité annuelle des apports et des sorties d'eau, et la perturbation de ces schémas peut entraîner des conditions non durables pour les espèces qui dépendent de l'eau pour leur reproduction. L'exploitation minière par longue taille peut également entraîner un changement localisé de la température de l'eau, stimulant la prolifération d'algues qui peut utiliser l'oxygène disponible nécessaire à la santé d'autres espèces.

L'exploitation minière par longue taille n'a fait l'objet que de peu de recherches sur les impacts des forêts avoisinantes. Cependant, des études d'imagerie satellite récentes ont montré des liens possibles avec des sols de surface plus secs à proximité des régions où l'exploitation minière par longue taille a récemment eu lieu. En plus des sols plus secs, on a observé une réduction de l'humidité du couvert forestier.

Il a été observé que les mines à longue taille libèrent du méthane , un gaz à effet de serre courant dans l'environnement. Cependant, l'augmentation de la taille d'une mine à longue taille typique de 200 à 300 mètres (660 à 980 pieds) ne libère pas beaucoup plus de méthane. Les émissions de méthane des mines à longue taille fermées peuvent se poursuivre jusqu'à quinze ans, mais il est possible de mesurer le volume des émissions potentielles de méthane en fonction du débit d'eau dans les mines fermées.

Le Canada possède certaines des plus grandes réserves de charbon au monde, et jusqu’en 2013, il n’y avait pas eu de mines à longue taille au Canada depuis plus de 25 ans. Une mine a été ouverte par HD Mining en 2015 en Colombie-Britannique, ce qui a provoqué des conflits en raison de l’embauche de travailleurs étrangers au lieu de Canadiens et de son impact potentiel sur l’environnement. Cette mine devait produire 17 mégatonnes de dioxyde de carbone par an ; cependant, le gouvernement fédéral canadien lui a imposé un plafond de carbone pour maintenir les émissions à 500 000 tonnes par an.