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À pas de géant

BüKKáBRáNY, Hongrie. Il y a huit millions d’années, une forêt de cyprès chauves de 40 mètres de hauteur se dressait au-dessus de ce qui est aujourd’hui une mine de lignite à ciel ouvert qui approvisionne l’une des plus grandes centrales thermiques au charbon de Hongrie.

Première du genre

Lorsque l’extraction minière a commencé dans une zone où Mátrai Erőmű devait enlever un volume croissant de morts-terrains pour atteindre la veine de lignite, l’entreprise a cherché une excavatrice exceptionnelle pour accroître sa capacité, stimuler sa productivité et réduire sa dépendance vis-à-vis de la méthode excavatrices/camions.

Sandvik a conçu et réalisé la première PE100 de son genre, le plus grand excavateur à roue-pelle au monde doté d’une capacité nominale de 6 700 m³/h. Avec une capacité annuelle d’environ 12 millions de m³, il opère en tandem avec le convoyeur automoteur intégré PB100 et atteint plus du double de la capacité réunie des autres excavatrices en service à Bükkábrány.

Il y a plusieurs années, les archéologues ont découvert 16 troncs de cyprès chauves bien conservés au fond de la mine de Bükkábrány, au nord-est de la Hongrie.

On pense qu’une tempête de sable a recouvert certains de ces arbres immenses, empêchant le bois de se dégrader, tandis que le reste de cette forêt ancienne s’est transformée en roche combustible au cours du Miocène. La première découverte en Europe d’arbres aussi anciens sur leur lieu de pousse d’origine a enthousiasmé les scientifiques qui peuvent, grâce à eux, en savoir plus sur le climat de la Terre à cette époque.

À peu près au moment où ces troncs presque intacts étaient dégagés et transportés dans des musées pour conservation à la mi-2007, le propriétaire de la mine, Mátrai Erőmű (la centrale de Mátra), a signé avec la filiale autrichienne de Sandvik Mining Systems un contrat portant sur le plus grand excavateur à roue-pelle au monde, la PE100, et un convoyeur automoteur intégré PB100.

Mátrai Erőmű exploite deux mines à ciel ouvert qui produisent les 8,5 millions de tonnes de lignite nécessaires chaque année au fonctionnement continu de sa centrale de 950 MW, la plus grande installation de ce type en Hongrie. Elle répond à plus de 15 % de la demande d’énergie nationale, une production stratégique pour cette nation de 10 millions d’habitants qui dépend du gaz naturel russe et des importations d’autres pays pour 70 % de ses besoins en énergie primaire.

Le lignite contient beaucoup d’eau et sert principalement de combustible pour produire de l’électricité dans les centrales thermiques au charbon.

Dans le cas de Mátrai Erőmű, 60 % du lignite provient de Visonta, le plus grand de ses deux sites, à environ 90 km au nord-est de Budapest. Cette roche combustible, dont le pouvoir calorifique est plus faible, est transportée par route sur une courte distance jusqu’à la centrale voisine et mélangée au lignite au pouvoir calorifique supérieur venu par train de la mine plus récente de Bükkábrány, à 60 km de là.

Celle-ci a été inaugurée en 1985. Le lignite était alors extrait par des excavatrices qui chargeaient des camions. Le premier excavateur à roue-pelle est arrivé au début des années 1990 afin de dégager en continu les morts-terrains et accéder plus vite à la veine de lignite située dessous.

Quand l’extraction s’est poursuivie dans une zone où les morts-terrains recouvrant le lignite étaient encore plus massif, Mátrai Erőmű s’est mis en quête d’une machine capable d’accroître la capacité de production et de stimuler la productivité.

« Tous les autres équipements étaient déjà installés dans le site d’extraction, nos systèmes de convoyage et un empileur radial, indique Barnabás Derekas, responsable stratégique exploitation minière. Nous recherchions une grosse machine car il est apparu clairement avec le temps que l’excavation continue serait bien moins onéreuse que la méthode excavatrices/camions. »

Ayant besoin d’une production annuelle d’environ 12 millions de mètres cube, Mátrai Erőmű a calculé les coûts liés à l’investissement dans un nouvel excavateur à roue-pelle, à son exploitation et à sa maintenance. La centrale a commencé à négocier avec les constructeurs les plus en vue en Europe, leur attribuant des notes en fonction de trois critères : le prix, les caractéristiques techniques et les conditions de paiement.

« Nous ne recherchions pas la solution la moins coûteuse, nous voulions la meilleure solution globale correspondant à nos impératifs d’exploitant. Nous avons sélectionné Sandvik, car le Groupe nous offrait la meilleure solution combinant tous ces facteurs. »

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Mátrai Erőmű a consulté des experts travaillant sur des projets complexes intégrant des excavatrices chez le géant de l’énergie allemand RWE. Des collaborateurs Sandvik représentant diverses parties de la machine ont rencontré Mátrai Erőmű et RWE toutes les deux semaines pendant plusieurs mois pour peaufiner les détails.

Les composants de l’excavateur à roue-pelle ont été fabriqués en partie en Hongrie et dans d’autres pays européens. Près de 130 monteurs ont travaillé sur place chaque jour pendant presque neuf mois pour assembler la PE100 et son convoyeur automoteur PB100. Tous deux ont été mis en service avant la date prévue, à la mi-2009.

Mátrai Erőmű a procédé à une série d’essais de capacité et de performance sur plusieurs périodes, et la machine a atteint tous les objectifs définis dans le contrat deux ans avant l’échéance.

« Sandvik a réalisé une machine exceptionnelle dans les délais annoncés, constate Barnabás Derekas. Quand elle a été terminée et a été transférée du chantier au site d’extraction, elle a été opérationnelle immédiatement et a produit les volumes fixés par contrat. Nous étions ravis. »

Noyée dans le brouillard d’un petit matin d’hiver, la PE100 dévoile sa véritable stature dès que le soleil commence à poindre au sommet du site d’extraction et que la brume se dissipe.

Elle dispose d’une capacité nominale de 6 700 m³/h, soit plus de deux fois celle des trois petites excavatrices en service à Bükkábrány. Mais sa capacité actuelle est bridée par la largeur du système de convoyage et la capacité de l’empileur radial en bout de chaîne.

Caractéristiques

L’excavateur à roue-pelle PE100.
Poids : 1 650 tonnes
Capacité nominale : 6 700 m³/h
Hauteur d’excavation : 20 m
Largeur du bloc : 40 m
Longueur du bras : 28 m
Diamètre de la roue : 12 m
Nombres de godets : 16
Volume de chaque godet :
1,83 m³
Puissance de la roue : 1 100 kW
Heures de service
prévues par an : 4 800

Son bras d’acier mesure 28 m de long et supporte une roue de 12 m de large dotée de 16 godets. Il opère en tandem avec un convoyeur automoteur sur chenilles qui compense les différences de gradins, transportant les morts-terrains sur 50 m supplémentaires jusqu’à l’un des trois systèmes de convoyage de Bükkábrány.

Il faut déplacer jusqu’à 26 millions de m³ cube de stérile pour produire 3,5 millions de tonnes de lignite par an. Les 20 premiers mètres de morts-terrains sont un mélange de terre et d’argile molle et humide. Sous l’argile, on trouve une couche de sable traversée parfois par un petit filon de charbon, mais la principale veine se trouve bien plus bas.

La PE100 permet aux opérateurs de sélectionner un programme spécial selon le type de morts-terrains car chacun requiert des forces d’excavation et des vitesses de rotation particulières.

« Le système est simple, estime Imre Papp, opérateur d’excavatrice qui le connaît depuis sa mise en marche. Les interfaces sont très conviviales. Tout est bien clair pour l’opérateur. Son fonctionnement ne nous a jamais posé de problème. »

À la différence des autres excavateurs dont la profondeur d’excavation doit être réglée manuellement, la solution Sandvik est munie d’un système qui creuse automatiquement à la profondeur requise en fonction des coordonnées GPS. Les ingénieurs des mines se servent du logiciel AutoCAD (conception assistée par ordinateur) pour planifier au bureau les zones d’exploitation et télécharger les données sur un système GPS installé dans la cabine de l’opérateur.

« Quand on télécharge les données dans le GPS, on règle manuellement la profondeur à zéro et la machine se calibre automatiquement », explique l’opérateur Zoltan Toth.

Le compte-tours de la cabine indique que la machine a parcouru plus de 550 km en moins de quatre ans, à une vitesse maximum de 6 m/min. « Aucun risque de faire un excès de vitesse ici », plaisante Zoltan Toth, ce qui fait rire Simon Csaba, chef du service de maintenance.

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Dans le bureau de ce dernier, à quelques centaines de mètres de la mine, un tableau d’affichage est recouvert de photos de l’excavateur à roue-pelle en cours d’assemblage et en marche. À l’autre bout de la pièce, son ordinateur portable reçoit en temps réel les paramètres envoyés par la machine et les 12 autres dont il est responsable.

« Nous n’avons eu aucun problème avec l’excavateur à roue-pelle Sandvik. Dans l’appel d’offres, nous avions stipulé que nous voulions une solution “sans maintenance” et cette machine me fait vraiment plaisir de ce point de vue là. Je dois m’occuper de beaucoup d’équipements et celui-là a vraiment répondu à mon attente. »

Les réserves prouvées de lignite à Bükkábrány sont de l’ordre de 400 millions de tonnes, l’équivalent de 100 ans d’exploitation au rythme de production actuel, et le système de Sandvik est censé l’aider à accéder à la plus grande partie.

La structure de direction primaire est conçue pour durer 40 ans et la durée de vie nominale du roulement du multiplicateur principal de la roue à godets est de 50 000 heures de service sans maintenance – soit 12 ans au rythme actuel des 4 800 heures planifiées par an.

« Nos systèmes sont conçus pour durer et cet excavateur à roue-pelle unique en son genre ne déroge pas à cette règle, affirme Claus Butter, ingénieur en chef Sandvik sur ce projet. Cette machine vient seulement d’entamer sa mission à Bükkábrány. »

Texte: Eric Gourley/Photos: Måns berg

Sandvik Mining