Analyse de fiabilité du système d'alimentation en air comprimé dans les mines souterraines

May 22, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6836 (2023) Citer cet article

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Malgré son coût élevé et sa faible efficacité, l’air comprimé est principalement utilisé dans les mines souterraines pour les opérations d’extraction, de levage et de traitement des minerais. Les pannes des systèmes d'air comprimé menacent non seulement la santé et la sécurité des travailleurs, mais contribuent également à un contrôle inefficace du débit d'air et à l'arrêt de tous les équipements fonctionnant à l'air comprimé. Dans des conditions aussi incertaines, les gestionnaires de mines sont confrontés au grand défi de fournir suffisamment d’air comprimé. L’évaluation de la fiabilité de ces systèmes est donc essentielle. Cet article vise à analyser la fiabilité du système d'air comprimé en utilisant l'approche de modélisation Markov comme étude de cas, mine de cuivre de Qaleh-Zari, Iran. Pour y parvenir, le diagramme d’espace d’états a été construit en prenant en compte tous les états pertinents pour tous les compresseurs de la salle de compression principale de la mine. Le taux de panne et de réparation de tous les compresseurs principaux et de réserve a été calculé pour toutes les transitions possibles entre les états afin d'obtenir la probabilité d'être du système dans chacun des états. De plus, la probabilité de défaillance à tout moment a été prise en compte pour étudier le comportement en matière de fiabilité. Les résultats de cette étude montrent qu'il y a 31,5% de probabilité que le système d'alimentation en air comprimé soit en état de fonctionnement avec deux compresseurs principaux et un compresseur de secours. La probabilité du système que deux compresseurs principaux restent en fonctionnement sans panne pendant un mois est de 92,32 %. De plus, la durée de vie du système est estimée à 33 mois lorsqu'au moins un compresseur principal est actif.

Les puissances hydrauliques et pneumatiques sont largement utilisées pour fournir de l’énergie aux équipements miniers. Malgré son coût élevé et sa faible efficacité, l'air comprimé est encore principalement utilisé dans différents équipements tels que les foreuses, les pompes, les ventilateurs, les lampes à turbine, les grues, les convoyeurs, les chargeuses et les excavatrices. De plus, il est généralement utilisé pour le fonctionnement des portes de ventilation et la pulvérisation d'eau pour réduire la poussière. Les compresseurs doivent être actifs en permanence pour maintenir la pression adéquate du système. Le système d'alimentation en air comprimé est l'un des systèmes les plus énergivores de la mine et représente environ 20 à 40 % de la consommation totale d'énergie de la mine1. Comme tout autre système, les groupes compresseurs d’air sont constitués de différentes pièces dont des réservoirs (dépôt d’air), des flexibles, des tuyaux, des câbles, etc. Ces pièces sont régulièrement exposées à la distraction et aux érosions. Il existe une possibilité de révéler les dommages avant l'apparition de tout type d'érosion. Cependant, toute défaillance du système d’alimentation en air comprimé expose les opérateurs et les équipements à un niveau de risque élevé pour la sécurité.

L'utilisation de compresseurs volumétriques (compresseurs à vis et à piston), capables de fournir de l'air comprimé à haute pression, est généralement courante dans les opérations minières souterraines. Faire confiance à un seul compresseur est très risqué, car premièrement, le fait de dépendre d'un seul compresseur peut nous permettre de fournir le débit d'air sous pression nécessaire et, deuxièmement, la panne de l'appareil peut nous mettre face à aucune autre alternative. Il est donc rationnel d’utiliser quelques autres compresseurs en parallèle. Le nombre de ces compresseurs peut être déterminé en fonction du débit d’air nécessaire ainsi que du manque de perte d’air. En cas de panne d'un compresseur principal, un compresseur de secours sera immédiatement remplacé pour fournir la même quantité d'air comprimé, et il devra être utilisé jusqu'à ce que le compresseur principal soit réparé, puis renvoyé au système. Ainsi, la détermination de la fiabilité de l’ensemble du système est très importante pour la sécurité et l’économie des produits et dépend fortement de la connaissance de la probabilité de défaillance des compresseurs. Par conséquent, disposer d’un nombre suffisant de compresseurs actifs et de secours augmente l’efficacité du système en ce qui concerne toutes les questions d’optimisation.