Comment améliorer l'efficacité énergétique des camions et des pelles minières

Introduction à l'efficacité énergétique dans les opérations minières

Les camions et pelles minières comptent parmi les plus gros consommateurs de carburant diesel dans toutes les opérations minières, représentant souvent entre 30 et 50 % du coût total de l'énergie sur le site. Avec la volatilité des prix du carburant et le resserrement des réglementations environnementales, l'amélioration de l'efficacité énergétique de ces machines est devenue une priorité stratégique.

Comprendre la consommation de carburant dans les équipements d'exploitation minière lourde

Les camions à houle, dont la charge utile dépasse 300 tonnes, consomment principalement du carburant pour surmonter la résistance au roulement, la résistance à la qualité et l'inertie lors de l'accélération. Les pelles hydrauliques ou les pelles à corde utilisent du carburant pour déplacer des godets massifs à travers les matériaux et pour alimenter les systèmes hydrauliques.

• Poids de charge:[ Le surchargement augmente la pression sur les moteurs et les transmissions, tout en sous-chargeant la capacité de déchets par unité de carburant.
• Terrain et grade:[ Des gradients profonds augmentent la consommation de carburant de façon exponentielle; des routes mal entretenues ajoutent une résistance au roulement.
• Temps de cycle:[ Des cycles de transport plus longs, des temps d'attente et une charge inefficace réduisent les performances par litre.
• Facteur de charge moteur:[ Les moteurs fonctionnant à faible ralenti ou à couple maximal pendant de longues périodes ont des courbes d'efficacité différentes – généralement, fonctionner à couple maximal à un régime de rotation modéré donne la meilleure économie de carburant.
• Les conditions ambiantes:[ La haute altitude, les températures extrêmes et la poussière affectent l'efficacité de la combustion et du refroidissement des moteurs.
• L'aptitude à l'exploitation:[ L'accélération agressive, le freinage rigoureux et le ralenti excessif peuvent augmenter l'utilisation de carburant de 10 à 30%.

La compréhension de ces facteurs constitue la première étape vers des améliorations ciblées. Une approche fondée sur les données, utilisant des systèmes télématiques et de surveillance des carburants, aide à cerner les domaines les plus pertinents pour une opération donnée.

Stratégies clés pour réduire la consommation de carburant

Programmes d'entretien proactifs

Les principaux moyens d'entretien qui influent directement sur la consommation de carburant sont les suivants :

• Entretien moteur:[ Changements réguliers d'huile (en utilisant la viscosité correcte), nettoyage ou remplacement du filtre à air, changements de filtre à carburant et calibrage de l'injecteur.
• Le système hydraulique vérifie :[ Les fuites dans les tuyaux, les cylindres ou les vannes gaspillent l'énergie hydraulique et forcent le moteur à travailler plus fort.
• Gonflement et état du pneu:[ Les pneus sous-gonflés augmentent la résistance au roulement. Pour les camions de transport, une baisse de 10% de la pression des pneus peut augmenter la consommation de carburant de 2 à 3%.
• Les entraînements et différentiels finals:[ Une lubrification adéquate réduit les pertes de frottement.
• Système de refroidissement:[ Des radiateurs sales et des grilles bloquées forcent les ventilateurs à fonctionner plus, consommant de la puissance supplémentaire.

La mise en oeuvre d'un calendrier d'entretien basé sur les conditions, à l'aide d'analyses de vibrations, d'analyses d'huile et d'imagerie thermique, peut prévenir les défaillances et maintenir une économie optimale de carburant.

Formation des opérateurs avancés et modification du comportement

Le comportement de l'opérateur est l'une des variables les plus contrôlables de la consommation de carburant. Même la machine la mieux entretenue gaspille le carburant si elle est utilisée de manière agressive.

• L'accélération et la décélération de la lisse:[ Éviter les changements soudains de gaz et utiliser le freinage du moteur au lieu des freins de service réduit les pics de carburant.
• Fonctionnement RPM optimal:[ La course du moteur dans la bande verte (région de pointe du couple) plutôt qu'au ralenti ou au légume permet d'économiser du carburant.
• Réduction du temps de ralenti:[ Le ralenti prolongé (au-delà de 3 à 5 minutes) consomme du carburant avec une productivité nulle.
• Techniques de chargement efficaces:[ Les opérateurs d'excavatrices devraient minimiser les angles de bascule, utiliser le chargement progressif des godets et éviter les matériaux de remanage.
• Adhérence au rail:[ Rester sur des routes de traction désignées avec des surfaces uniformes réduit la résistance au roulement et les temps de cycle.

De nombreuses mines utilisent maintenant des systèmes d'entraînement en cabine qui fournissent des commentaires en temps réel sur la consommation de carburant, la sélection des engins et le temps de repos. Les programmes de gamification et d'incitation se sont également révélés efficaces. Les solutions d'efficacité énergétique de Komatsu comprennent des cartes de pointage et des modules d'entraînement qui peuvent réduire la consommation de carburant de 15 %.

Intégration de la technologie pour l ' efficacité

Les équipements miniers modernes sont de plus en plus intelligents, offrant de nombreuses technologies qui améliorent l'efficacité énergétique :

• Le suivi GPS et la gestion du parc automobile:[ Les données de localisation en temps réel permettent aux répartiteurs d'optimiser les affectations de camions, de réduire le fonctionnement vide et de minimiser les files d'attente aux chargeurs et aux points de décharge.
• Les systèmes de surveillance de la télématique et du carburant:[ qui enregistrent la consommation de carburant, les heures du moteur, le rapport de ralenti et la charge utile permettent aux gestionnaires de comparer les performances et d'identifier les valeurs aberrantes.
• Systèmes de transport autonomes (AHS):[ Les camions autonomes fonctionnent avec une vitesse constante, un déplacement optimal et un ralenti minimal, ce qui permet souvent d'obtenir une efficacité énergétique de 10 à 20 % supérieure à celle des flottes habitées.
• Logiciel de gestion de carburant:[Les plateformes qui suivent les livraisons de carburant, les niveaux de réservoir et la consommation par machine préviennent le vol et détectent les fuites.
• Modes Eco et gestion de la puissance:[ De nombreux nouveaux camions et pelles offrent des modes de puissance sélectionnables qui limitent la puissance du moteur pour des charges plus légères, réduisant ainsi la consommation de carburant.
• Systèmes de surveillance du chargement:[ Les balances embarquées empêchent la surcharge (qui gaspille le combustible) et le sous-chargement (qui réduit l'efficacité par tonne).

Les tableaux de bord qui mettent en évidence la consommation de carburant par tonne-kilomètre (tkm) ou litres par tonne (L/t) fournissent des repères clairs. Une étude réalisée par le Journal of Cleaner Production[ a révélé que la télématique et la rétroaction des opérateurs seuls peuvent réaliser des économies de carburant de 5 à 8 % par rapport aux niveaux de référence.

Optimisation de la mise en page des sites et des routes Haul

La conception physique du site minier a des répercussions importantes sur la consommation de carburant.

• Cadre routier:[ Minimiser les pentes montantes pour les transporteurs chargés. Une réduction de 1% de la consommation moyenne peut réduire de 3 à 5% la consommation de carburant.
• La qualité de la surface de la route:[ Les routes bien graduées, compactées et abreuvées réduisent la résistance au roulement.
• Distance de haul:[ Des distances de transport plus courtes réduisent le carburant total par tonne. Parfois, le déplacement des concasseurs ou des points de pointe plus près du visage de travail permet d'économiser substantiellement.
• La disposition de la zone de chargement:[ Réduire les angles de balançoire pour les pelles et fournir suffisamment de place pour les camions pour sauvegarder efficacement, couper les temps de cycle.
• Conception de la zone de décharge:[ Assurer des approches claires et des surfaces de basculement de niveau pour réduire les retards et les manœuvres inutiles.

Le logiciel de simulation peut modéliser différentes mises en page pour trouver la configuration la plus économe en carburant avant que le capital ne soit engagé.

Gestion de l'équipement de taille droite et de la charge utile

L'utilisation de la machine adaptée au travail est fondamentale. Les camions surdimensionnés sur les déchets de carburant à courte distance en raison de ratios charge utile/poids plus faibles. Les camions surdimensionnés augmentent la fréquence de déplacement. Les systèmes de gestion de la charge utile aident les opérateurs à maintenir des charges dans une plage optimale (généralement 90 à 100% de la capacité nominale).

Mesure et surveillance de l'efficacité énergétique

Pour maintenir les améliorations, les mines doivent suivre de façon cohérente l'efficacité énergétique.

• Litres par tonne (L/t):[ Le carburant total consommé est divisé par le matériel total transporté (y compris les déchets), ce qui est la mesure la plus courante pour les parcs de camions.
• Litres par heure de fonctionnement: Utile pour les pelles et les équipements fixes, mais ne tient pas compte de la productivité.
• Tonnes par litre:[ Inverse de L/t, souvent utilisée pour l'étalonnage.
• Fuel brulage par cycle:[ Pour les camions de transport, la mesure de la consommation de carburant sur chaque cycle de transport aide à identifier les anomalies.
• Ratio temps de poche:[ Pourcentage du temps d'exploitation passé au ralenti; la cible est inférieure à 20 % pour les camions.

La collecte automatisée de données par télématique élimine les erreurs manuelles et permet une visibilité en temps réel. La présentation régulière de rapports (quotidiennement/hebdomadairement) permet aux superviseurs de régler immédiatement les problèmes.

Pratiques exemplaires opérationnelles supplémentaires

• Réduire le ralenti inutile:[ Installer des minuteurs automatiques d'arrêt du moteur et faire respecter les zones de non-remboursement près des chargeuses et des décharges.
• Maintenir le gonflage approprié des pneus:[ Vérifiez la pression des pneus chaque semaine; utilisez de l'azote au lieu de l'air pour réduire la variation de pression avec la température.
• Opérer dans des plages de charge optimales:[ Éviter les surcharges (cause des contraintes mécaniques et des niveaux de carburant par tonne) et les sous-charges (déchets de carburant par tonne déplacée).
• Planifier les charges de travail pour minimiser les déplacements vides :[ Coordonner l'expédition de sorte que les camions soient chargés dès qu'ils reviennent du déversement.
• Gardez les moteurs correctement ajustés:[ Des analyses diagnostiques régulières peuvent identifier des capteurs ou des actionneurs qui dégradent l'efficacité de la combustion.
• Considérer les carburants de remplacement ou les hybrides:[ Certaines mines testent des hybrides diesel-électriques ou des systèmes d'aide au chariot qui réduisent la consommation de diesel sur des rampes abruptes.
• Encourager une culture de consommation de carburant :[ Reconnaître les opérateurs et les équipes de maintenance qui obtiennent une efficacité maximale; intégrer le KPI carburant dans les évaluations de performance.

Conclusion

L'amélioration de l'efficacité énergétique des camions et des pelles ne constitue pas une seule action, mais un processus continu qui implique l'entretien, la technologie, la formation et l'optimisation des sites. Les économies potentielles sont considérables : une réduction de 10 % de la consommation de carburant d'une mine de taille moyenne peut s'élever à des millions de dollars par année, ainsi qu'une réduction correspondante des émissions de gaz à effet de serre.