CHARBONIndustrie charbonnière

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Les méthodes d'exploitation charbonnière

Dans tous les pays concernés, l'exploitation des mines de charbon assure un nombre appréciable d'emplois. Les objectifs de chaque exploitation sont ceux de toute entreprise : produire au meilleur coût économique et assurer au personnel les meilleures conditions de travail, d'hygiène et de sécurité. La nature des gisements et les conditions techniques d'exploitation, qui sont intimement liées, influencent fortement les résultats.

Les caractéristiques des gisements

Les facteurs naturels qui caractérisent un gisement sont multiples. Il faut citer, parmi les plus importants :

– la profondeur ;

– le type de gisement (monocouche ou multicouche) ;

– les caractéristiques géométriques des couches de charbon (la puissance ou l'épaisseur, le pendage – pente des couches –, la régularité) ;

– la nature des terrains situés à la partie inférieure de la couche (le mur) et à la partie supérieure (le toit) ;

– les perturbations géologiques (failles, notamment) ;

– les caractéristiques de la couche proprement dite : dureté, concentration en méthane (grisou), susceptibilité à l'auto-oxydation, teneur en matières volatiles, type de charbon...

Tous ces facteurs interviennent dans le choix de la méthode d'exploitation et, par voie de conséquence, dans celui du matériel. Cependant, la profondeur du gisement est déterminante quant au type même d'exploitation : mine à ciel ouvert (découverte) ou mine souterraine.

Les exploitations par découverte

Lorsque les couches de charbon ou de lignite se trouvent près de la surface, elles sont généralement exploitées par découverte, le personnel travaillant à l'air libre. Cette technique, qui permet d'obtenir des coûts d'exploitation bas et des rendements élevés, a connu un grand développement grâce aux progrès accomplis dans la construction de machines de terrassement géantes. L'exploitation s'apparente à un grand chantier de génie civil.

Exploitation par découverte

Dessin : Exploitation par découverte

Plan et coupes d'une exploitation par découverte. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Exploitation charbonnière à ciel ouvert

Photographie : Exploitation charbonnière à ciel ouvert

Industrie charbonnière : exploitation à ciel ouvert et, à l'arrière-plan, centrale thermique. 

Crédits : Hans Peter Merten/ The Image Bank/ Getty Images

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La couche de stériles (morts-terrains) recouvrant le charbon est dégagée par divers engins : pelles, roues-pelles, draglines, scrapers. En cas de terrain dur, on utilise au préalable le tir à l'explosif pour fragmenter ces terrains. Le charbon est ensuite récupéré par des engins du même type, puis transporté par convoyeur à bande, camion ou rail. Lorsque la couche de charbon est épaisse (elle peut parfois atteindre 100 m) ou la hauteur des morts-terrains réduite (moins de 100 m), des exploitations très mécanisées par excavateurs géants donnent des productions et des productivités élevées, donc des coûts très compétitifs. Des rendements de 10 à 20 tonnes brutes par homme et par heure sont courants, ainsi que des coûts de production de 10 à 20 dollars par tonne. De telles exploitations utilisent des équipements tels que des roues-pelles, dont le débit d'abattage atteint 12 000 mètres cubes par heure, et des draglines, dont chaque godet a un volume pouvant atteindre 90 mètres cubes.

Dragline

Photographie : Dragline

Industrie charbonnière : une dragline, ou pelle à benne traînante, à Rock Springs, dans le Wyoming, États-Unis. 

Crédits : Paul Chesley/ Stockbyte/ Getty Images

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Dans les sites moins favorisés par la géologie, des équipements plus mobiles mais néanmoins performants sont employés : pelles munies d'un godet pouvant contenir jusqu'à 28 mètres cubes, camions d'une capacité pouvant atteindre 300 tonnes.

Le rapport (t/c) qui caractérise ce type d'exploitation est le nombre de mètres cubes de morts-terrains déplacés par rapport aux tonnes de charbon extraites. Dans les conditions économiques actuelles, il est considéré comme acceptable lorsque sa valeur ne dépasse pas 8. Ce chiffre peut être dépassé dans le cas d'un charbon de qualité ou de gisements suffisamment importants pour justifier des équipements de grande dimension.

L'exploitation en découverte, si elle est peu importante en Europe occidentale, est très développée dans des pays tels que la Russie, l'Australie, l'Inde, les États-Unis, l'Afrique du Sud ainsi que pour les gisements de lignite.

Les exploitations souterraines

L'exploitation souterraine est la forme la plus typique de l'extraction minière. Après avoir connu une certaine désaffection, cette technique bénéficie actuellement d'un regain de faveur, souvent pour des raisons de protection de l'environnement.

Les grandes infrastructures

Les installations de surface d'une mine souterraine sont regroupées sur un vaste espace appelé « carreau » et comprennent :

– la ou les machines d'extraction qui assurent la liaison permanente entre le fond et le jour ;

– le chevalement du puits de mines, qui a longtemps symbolisé la mine et qui supporte à son faîte deux molettes (poulies) dont le but est de renvoyer vers le puits les câbles qui relient la machine aux cages. Dans les mines modernes, ces chevalements peuvent être remplacés par des tours en béton, au sommet desquelles sont situées les machines d'extraction ;

– la recette du jour située à l'orifice du puits, qui comprend l'ensemble des dispositifs nécessaires aux manœuvres d'encagement et aux manœuvres inverses (décagement) ;

– une station électrique ;

– les vestiaires, douches, lampisterie, magasins ;

– un atelier de préparation mécanique des charbons par criblage et lavage avec, si possible à proximité, l'aire de décharge des résidus stériles (le terril).

Dans les puits dont le diamètre peut atteindre 10 mètres circulent les cages ou les skips, vastes silos métalliques chargés au fond et vidés au jour grâce à une trappe à ouverture automatique placée à la base. Le charbon peut également être remonté en surface par des convoyeurs à bande installés dans des plans inclinés.

Dans les mines profondes, les infrastructures générales du fond sont souvent constituées par de grandes galeries horizontales partant de chacun des puits. La partie du gisement comprise entre deux plans horizontaux qui passent par ces galeries délimite un étage d'exploitation.

Dans les mines modernes, surtout si elles sont peu profondes, les infrastructures sont simplifiées, avec recours à des plans inclinés creusés depuis la surface. L'accès au gisement devient plus aisé. L'utilisation de puits peut être maintenue, principalement pour le transport de personnel et le retour d'air.

L'exploitation

La répartition actuelle, en Europe, du personnel dans les différentes activités du fond est de l'ordre de 10 p. 100 dans les chantiers de production, de 25 p. 100 dans les creusements de galeries et de 65 p. 100 dans les services (installations et déséquipements, transport du charbon et du matériel, entretien des ouvrages et du matériel, sécurité et divers).

Des quartiers d'exploitation sont créés par le traçage de voies dans le rocher et dans le charbon à partir de chacun des travers-bancs (galeries perpendiculaires aux couches).

Dans un souci de productivité, de rentabilité et de sécurité, on n'exploite généralement plus que des gisements compatibles avec des méthodes mécanisées. Pour ces raisons, l'exploitation se développe dans les veines peu pentées et les méthodes d'exploitation avec remplissage du vide créé par l'abattage du charbon (remblayage) ne sont plus [...]

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Exploitation par découverte

Exploitation par découverte
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Exploitation charbonnière à ciel ouvert

Exploitation charbonnière à ciel ouvert
Crédits : Hans Peter Merten/ The Image Bank/ Getty Images

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Dragline

Dragline
Crédits : Paul Chesley/ Stockbyte/ Getty Images

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Charbonnages polonais

Charbonnages polonais
Crédits : Steven Weinberg/ Stockbyte/ Getty Images

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Écrit par :

  • : ingénieur principal du service technique et réglementation aux Charbonnages de France, Paris
  • : ingénieur, délégué aux affaires européennes
  • : ingénieur civil des mines, directeur technique
  • : chargé de mission au service environnement et procédés, Bureau de recherches géologiques et minières

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Pour citer l’article

Michel BENECH, Pierre BERTE, Jacques BONNET, Robert PENTEL, « CHARBON - Industrie charbonnière », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/charbon-industrie-charbonniere/