Eagle Mine – Contrôle de pression stable pour les systèmes d’eau en profondeur souterraine

Rami Levkovich

Ingénieur principal d'applications

Contexte

Distribution d’eau dans une mine souterraine profonde au Michigan

Située dans le Michigan, aux États-Unis, Eagle Mine est l’une des rares mines de nickel primaires du pays. La mine fonctionne avec un système souterrain accessible par une rampe inclinée. L’eau est essentielle aux opérations quotidiennes, soutenant le forage, le refroidissement, la suppression de la poussière et la sécurité. Dans de tels environnements, un approvisionnement en eau continu et fiable est crucial pour la production. Toute instabilité peut avoir un impact direct sur les performances des équipements et les opérations. À mesure que l’eau descend dans la mine, la pression augmente considérablement avec la profondeur, créant des conditions extrêmes pour le système de distribution d’eau. Ces conditions nécessitent une solution de régulation de pression capable de maintenir des performances stables sous de fortes différences de pression et une demande fluctuante. Ce projet a été mis en œuvre et mis en service par Victaulic, utilisant des vannes de régulation BERMAD comme principaux composants de réduction de pression.

Le défi

Contrôle de l’instabilité de la pression dans un système d’eau de mine profonde

Le système d’eau existant reposait sur plusieurs réducteurs de pression à action directe (DPRV) installés le long de la ligne de distribution. Cette configuration a entraîné plusieurs problèmes critiques :

Instabilité de la pression (« chasse de la vanne ») dans tout le système
Interaction entre les vannes provoquant des fluctuations à l’échelle du système
Pics de pression lors de faibles demandes, endommageant les équipements
Pression insuffisante lors des pics de demande, limitant le fonctionnement des systèmes critiques

Comme décrit dans l’analyse du système, chaque vanne de réduction de pression réagissait en permanence aux variations en amont et en aval, ce qui amenait l’ensemble du système à fonctionner contre lui-même.

Approche d’ingénierie

La stratégie de contrôle de la pression a été repensée en utilisant des solutions de réduction de pression BERMAD spécialement conçues pour les applications d’exploitation minière en profondeur. La nouvelle approche comprend :

Déploiement de stations de réduction de pression basées sur des vannes de réduction de pression proportionnelles BERMAD, modèle 720-PD-03 combinées à des réducteurs de pression à pilote
Répartition de la réduction de pression sur des zones de profondeur définies
Amélioration de la séparation hydraulique entre les points de contrôle le long de plus de 3 000 pieds de chute verticale
Réduction de l’interaction entre les points de contrôle

L’utilisation de vannes de réduction de pression proportionnelles a permis une réduction de pression stable et contrôlée sous des gradients de pression extrêmes, typiques des systèmes miniers souterrains profonds. Cette approche a amélioré la stabilité de la pression, réduit l’interaction entre les vannes et assuré un fonctionnement fiable aussi bien en conditions de faible que de forte demande.

La solution

Régulation stable de la pression avec les vannes de contrôle hydraulique BERMAD

Les vannes de régulation hydraulique haute performance BERMAD ont été sélectionnées comme composant principal des stations de réduction de pression (PRV), offrant :

Contrôle stable de la pression

Réduction de pression précise et fiable quelles que soient les conditions de débit
Oscillations de pression considérablement réduites, typiques des vannes à action directe

Fonctionnement continu 24h/24 et 7j/7

Conception robuste adaptée aux environnements souterrains difficiles
Performance éprouvée sous haute pression et en cas de demande fluctuante

Haute disponibilité avec redondance totale

Configuration PRV à double ligne dans chaque station
Possibilité d’isoler, d’entretenir et de réparer les vannes sans interrompre l’alimentation en eau

Stations PRV modulaires

Victaulic Unités préfabriquées sur châssis pour une installation souterraine sûre et efficace
Mise en service et exploitation simplifiées

Le système fourni comprenait :

16 vannes de réduction de pression proportionnelles pour applications minières, modèle 4”-720-PD-03 (modèle unique de BERMAD).
16 vannes de réduction de pression à commande par pilote, modèle 4”-720
32 soupapes de décharge de pression, modèle 2”-73Q

Un total de 16 stations PRV avec configurations redondantes ont été mises en place dans toute la mine, garantissant un service ininterrompu à tous les niveaux opérationnels.

Mise en œuvre

Les stations de réduction de pression (PRV) ont été conçues, assemblées et fournies par Victaulic sous forme d’unités modulaires complètes, conçues pour un déploiement rapide en souterrain. Les principales caractéristiques de mise en œuvre comprenaient :

Installation sur plusieurs niveaux de la mine sans perturber les opérations
Installation en parallèle rendue possible grâce à une conception redondante
Mise en service et tests du système sur site
Formation des équipes opérationnelles pour une utilisation et une maintenance simplifiées

Résultats

Après la mise en service, le système modernisé a apporté des améliorations immédiates et mesurables :

Stabilité opérationnelle

Pression stable maintenue à tous les niveaux de la mine
Oscillations de vanne et fluctuations de pression éliminées
Alimentation en eau fiable maintenue en période de faible comme de forte demande

Fiabilité du système

Fonctionnement continu avec une intervention minimale de l’opérateur
Aucune défaillance d’équipement liée à la pression signalée

Améliorations de l’efficacité

Réduction des pertes de circulation d’eau
Environ 6 000 gallons d’eau économisés par jour

Simplification de l’exploitation

Réduction du besoin d’ajustements manuels
Fonctionnement « plug-and-play » avec des performances prévisibles

Points clés à retenir

Les applications minières profondes nécessitent une gestion de la pression à l’échelle du système plutôt que des solutions de vannes isolées
Les configurations conventionnelles de réducteurs de pression à action directe dans les applications profondes peuvent entraîner une instabilité et un manque d’efficacité
Les systèmes fiables doivent permettre un fonctionnement continu 24h/24 et 7j/7 avec une redondance totale
Le choix de vannes de régulation hydraulique de haute qualité est essentiel pour des performances à long terme
L’intégration avec des partenaires expérimentés tels que Victaulic garantit un déploiement réussi

Conclusion

Le projet Eagle Mine démontre comment un système de réduction de pression bien conçu, combinant des vannes de régulation BERMAD à une conception de système avancée, peut transformer une installation critique en une opération stable, fiable et efficace. Grâce à la collaboration avec Victaulic, le système modernisé assure désormais une alimentation en eau continue, une fiabilité opérationnelle accrue et un impact environnemental réduit, soutenant ainsi une exploitation minière sûre et efficace en profondeur.