Le béton projeté est devenu la méthode de soutènement la plus utilisée dans l'exploitation minière et le creusement de tunnels en raison de sa sécurité, de sa polyvalence, de sa fiabilité et de son efficacité. En optant pour le béton projeté, les exploitants accélèrent la construction des structures de soutènement, et augmentent par là même les rythmes de production et les économies.

Le béton projeté s'applique sous forme de mélange humide (tous les ingrédients, y compris l’eau, sont mélangés au préalable avant le pompage) ou par pulvérisation de mélange sec, où l'on ajoute de l’eau au moment de l’application.

Les sociétés minières cherchent des moyens d’améliorer le soutènement du sol dans les mines souterraines. Ainsi, de nouveaux produits et applications sont créés afin de surmonter des conditions difficiles et en constante évolution.

Hausser la barre

L'engin de transport du béton projeté par voie humide hybride HW10 fabriqué par le groupe Multicrete, dont le siège social se situe à Winnipeg, est une machine autonome qui incorpore des éléments des procédés de mélanges humide et sec de béton projeté. Il transporte du béton projeté sec prémélangé qu’il convertit en béton projeté humide avant la pulvérisation.

« Traditionnellement, on utilisait pour cette manœuvre du béton projeté humide, mais cela requiert la mise en place d’infrastructures supplémentaires », déclarait Dwayne Sandercock, directeur du développement commercial chez Multicrete. « Il faut aussi généralement avoir deux transmélangeurs et un pulvérisateur. Avec notre système, l'engin de transport/pulvérisateur HW10 suffit. »

Dans le cas d’une utilisation de HW10, Multicrete recommande que les mines livrent le matériau sec sous terre via des câbles lisses, ce qui permet d’économiser de plusieurs façons. Il n'est pas nécessaire de transporter des sacs de mélange sec dans le puits ou la rampe, ce qui réduit le temps passé dans les cages ou les wagonnets, et cet engin réduit l’utilisation d’emballages tels que les sacs en vrac et les palettes. De plus, en utilisant un mélange sec, le câble lisse s'use moins qu'avec le mélange humide. Enfin, les câbles lisses secs n’ont pas besoin d’être rincés à l’eau avant et après la coulée. Lorsque l'on utilise un mélange humide, l’eau utilisée pour le rinçage doit être pompée vers la surface et traitée avant d’être rejetée dans l’environnement.

Au Québec, Multicrete travaille avec un producteur local de béton projeté sec, SWATcrete. Ensemble, ces deux sociétés ont récemment mis au point un système de transport de béton projeté sec et un pulvérisateur sec HW12 pour le projet d’Eldorado Gold à Val-d’Or. Multicrete a également fourni un système humide hybride à la mine de Hecla Yukon.

L’applicateur robotique pour monterie Raise Robot de Multicrete est conçu pour le gunitage à distance de monteries allant jusqu’à 500 mètres de profondeur. « Plutôt que de devoir envoyer [des personnes] dans le puits, nous pouvons désormais pulvériser à distance », expliquait Georg Nickel, président de Multicrete.

Le Raise Robot de Multicrete est conçu pour le gunitage à distance de monteries allant jusqu’à 500 mètres de profondeur. Avec l’aimable autorisation du groupe Multicrete

Le Raise Robot descend dans le puits à l’aide d’un système de treuil dont les vitesses variables permettent le gunitage de cinq centimètres à six mètres par minute. Pendant sa descente, le Raise Robot filme les parois du puits pour identifier les zones lâches, qu’il peut réparer par mise à l’échelle.

À son retour à la surface, le Raise Robot pulvérise du béton projeté en un seul passage uniforme. Depuis la surface, un affichage vidéo permet de surveiller la progression afin de contrôler le taux d’application du béton projeté.

Le Raise Robot peut également être utilisé pour reconstruire des cheminées à minerai détériorées. Multicrete recommande de pulvériser une couche de 10 à 15 centimètres d’oxyde de fer rouge pour béton fibré, ou Fibrecrete, puis de pulvériser une couche d’usure de 15 centimètres de matériau barrière en alliage, ou Alloycrete, par-dessus.

« Après environ six mois, les propriétaires de la mine peuvent voir à quoi ressemble la cheminée à minerai à l'aide d'une caméra vidéo », déclarait M. Nickel. « Si la partie grise s’use et que vous voyez du rouge [en dessous], vous pouvez retoucher ces zones avec le robot. C’est un moyen très simple et durable d’entretenir une cheminée à minerai. »

Au Canada, des mines telles que Brucejack et Red Lake utilisent le Raise Robot.

« L’une des plus grandes difficultés que nous ayons rencontrées avec le Raise Robot est de conserver propres les objectifs de la caméra et les lumières, en raison de la surpulvérisation, du rebond et de la poussière que génère le béton projeté », notait M. Nickel. « ExcelSense, une société de Richmond, en Colombie-Britannique, a mis au point une caméra autonettoyante dotée de deux éclairages à DEL haute puissance intégrés. Nous en utilisons actuellement quatre sur [le Raise Robot]. »

Avant d’incorporer ces objectifs autonettoyants en début d'année, M. Nickel indiquait que le Raise Robot pouvait pulvériser du béton projeté pendant environ une demi-heure avant que les objectifs ne soient couverts de poussière. « Il faudrait le remonter à la surface, le nettoyer et le redescendre, ce qui prend beaucoup de temps », ajoutait-il. « Ces caméras autonettoyantes ont changé la donne. »

Progrès rapides

Tekcrete Fast de Minova est un béton projeté à séchage ultrarapide et à haute résistance qui est renforcé avec des fibres et offre des résistances à la compression de plus de 11 000 livres par pouce carré (lb/po²).

« Dans l’industrie minière, [Tekcrete Fast] permet un creusement de tunnel avancé rapide », déclarait Jason Tinsley, directeur général des services techniques et de terrain chez Minova. « [Il] peut être utilisé rapidement et durcit en quelques minutes. Pour du béton projeté traditionnel, il faut compter de 24 à 48 heures pour atteindre la résistance [à la compression requise]. Avec cette technique, il faut compter 15 à 20 minutes, soit à peu près le temps nécessaire pour sortir et rentrer l’équipement. »

Carl Baur, préposé aux ventes et services techniques chez Minova, évoquait la haute résistance de Tekcrete Fast comme un avantage. « L’une des raisons pour lesquelles nous l’avons vendu à une mine spécifique est qu’elle utilise la moitié de la quantité de matériau, car les résistances sont environ le double de celles du béton projeté par voie sèche normale », expliquait-il. « Les ingénieurs ont utilisé environ la moitié de l’épaisseur pour obtenir les mêmes forces globales. »

La société, qui a commencé à proposer des services sur le terrain au Canada en 2022 pour gérer les substances chimiques du béton projeté et de l’injection, a également récemment lancé sur le marché nord-américain le Minova Tekflex DS-W, une membrane pulvérisable. Il s’agit d’un polymère à base de poudre à un seul composant, qui se mélange à l’eau au niveau de la buse pour créer une suspension qui se transforme en gel en quelques secondes, créant une membrane continue sur la surface d’application.

« Cela crée une barrière imperméable qui peut empêcher une zone de se dégrader », déclarait M. Tinsley. « Si vous avez besoin d’une bonne barrière imperméable permanente, elle est souvent prise en sandwich entre deux couches de béton projeté par voie sèche, ce qui la protège des perforations, des éraflures ou d’autres dommages causés par l’équipement. »

Quelques minutes après l’application de Tekflex DS-W, la surface sera complètement sèche. Au cours des jours qui suivent, la résistance augmentera. La membrane résultante est solide et élastique et adhère bien aux surfaces telles que le béton, la roche dure et le charbon. Sa résistance à la traction signifie qu’elle maintiendra l’intégrité de son revêtement même en cas de déformation des strates. « C’est une membrane flexible, il n'y aura donc pas de rupture fragile. Elle s’étirera et se pliera après avoir durci », indiquait M. Tinsley.

L’épaisseur optimale pour le Tekflex DS-W se situe entre trois et six millimètres. « Le béton projeté normal et humide peut mesurer près de 13 centimètres [d’épaisseur] », indiquait M. Baur. « Lorsque l'on effectue une doublure par pulvérisation fine comme celle-ci, l'équipement n’a pas besoin d’être à une production très élevée. »

En plus de l’imperméabilisation, Tekflex DS-W peut être utilisé pour sceller les fuites d’air dans le contrôle de l'aérage. Minova l’a récemment vendu à une mine dans le Grand Nord canadien. « C’était pour une zone où ils devaient pouvoir pressuriser l’air souterrain », ajoutait M. Tinsley. « [Tekflex DS-W] a été utilisé pour sceller l’intérieur de la galerie pour la pressurisation. »

L’avenir électrique

MacLean Engineering se démarque par ses véhicules électriques à batterie (VÉB), et sa gamme de béton projeté ne fait pas exception. La société a lancé son pulvérisateur de béton projeté VÉB SS5 en mars 2021 et a depuis reçu des commandes d’exploitations telles que la mine d’Odyssey d’Agnico Eagle au Québec et la mine d’Onaping Depth de Glencore en Ontario.

Un avantage des véhicules à batterie dans les mines souterraines est qu’ils ne produisent pas la quantité de particules générées par les véhicules à moteur diesel. « Lorsque l'on projette du béton, il est préférable de réduire au maximum les particules dans l’air. De fait, la projection [de béton] libère déjà beaucoup de particules », expliquait Jonathan Lavallee, chef de produit international préposé au béton projeté chez MacLean Engineering.

Le VÉB SS5 a été conçu pour que l’opérateur reste à l’intérieur de la cabine pendant les activités de projection de béton, en utilisant des commandes à manette pour contrôler la pulvérisation. « Il s’agit d’une cabine entièrement scellée avec filtration complète, chauffage et climatisation, de sorte que l’opérateur est beaucoup plus à l’aise », ajoutait M. Lavallee.

Il utilise également une technologie intégrée, comme la technologie ChemSave de MacLean, qui réduit la quantité d’accélérateur chimique requise pour le mélange de béton projeté.

« [ChemSave] pulvérise l’accélérateur chimique au niveau moléculaire », déclarait M. Lavallee. « En adhérant mieux aux particules de ciment plutôt qu’en les enrobant, comme dans les méthodes précédentes, on constate une réduction atteignant 50 % de l’utilisation de l’accélérateur. Cela représente des économies supplémentaires en aval de la mine. »

Une autre technologie intégrée au VÉB SS5 est le QuickScan de MacLean, un système de balayage par détection et télémétrie par ondes lumineuses (LiDAR) qui permet d'évaluer, de visualiser et de signaler la progression de la pulvérisation de béton projeté en temps réel. « Cela permet à l’opérateur, aux entrepreneurs et même aux propriétaires et à la direction de la mine de surveiller correctement l’épaisseur du béton projeté appliqué », expliquait M. Lavallee, notant qu’un béton projeté trop épais ou trop mince pourrait causer des problèmes de sécurité et de qualité, en particulier dans les mines qui utilisent le béton projeté comme principal contrôle des pressions de terrain.

MacLean a collaboré avec RufDiamond pour développer l’usine de production mobile de béton projeté MacLean BP3, qui comprend le système de mélange Agilis de Bay-Lynx Manufacturing. Cette unité utilise une technologie spécialisée de dosage numérique de mélange sec à humide, ce qui signifie, comme l’explique M. Lavallee, que ses utilisateurs peuvent bénéficier de la logistique du béton projeté sec et de la qualité du béton projeté humide.

 L’usine de production mobile de béton projeté BP3 de MacLean Engineering a été développée en collaboration avec l'équipementier RufDiamond de Sudbury. Avec l’aimable autorisation de MacLean Engineering

Le BP3 peut recevoir des sacs prémélangés de béton projeté, de béton ou de pâtes cimentaires, permettant une conception et un volume exacts du mélange de béton projeté. « Les mines peuvent utiliser les quantités dont elles ont besoin [sans] se soucier des pertes de matériaux ou du gaspillage », faisait remarquer M. Lavallee. « Le ciment est l’un des plus grands émetteurs de carbone au monde. Ainsi, on contribue également aux initiatives environnementales, sociales et de gouvernance (ESG) en améliorant les performances de l'utilisation du béton projeté et du béton. »

MacLean a testé le prototype d’usine de production mobile de béton projeté BP3 dans son installation de R&D à Sudbury pendant six mois avant son lancement en octobre 2022. La société prévoit d’intégrer le BP3 au pulvérisateur SS5 à l’avenir.

MacLean travaille également avec le Cambrian College à Sudbury pour mettre en œuvre le système de gestion du béton en transit Verifi de GCP Applied Technologies sur ses transmélangeurs et ses camions agitateurs. À l’aide d’une série de capteurs dans le tambour, Verifi surveille en permanence la charge de béton et peut l’ajuster automatiquement avec de l’eau ou des produits chimiques pour envoyer du béton projeté homogène dans les pulvérisateurs.

« Si un mélange chauffe et entre en hydratation, le système peut injecter un produit chimique stabilisant, économisant ainsi la charge », déclarait M. Lavallee. « Si le matériau présente une perte d’affaissement, il peut ajouter une quantité prescrite de superplastifiant pour assurer la maniabilité du matériau. »

Ce système est en cours d'essai dans les installations de R&D de MacLean, et la société prévoit de le valider pour s’assurer qu’il peut transmettre des données en temps réel sous terre via la Wifi ou la technologie d’évolution à long terme (LTE, de l’anglais Long-Term Evolution). MacLean prévoit que Verifi soit disponible au deuxième trimestre de 2023 et envisage d’intégrer ultérieurement les données avec le système SS5 Autodose.

Traduit par Karen Rolland