déc '13/jan '14

Progrès au niveau du contrôle des pressions de terrains

Les solutions de soutien au sol et l'évolution de la technologie de surveillance microsismique peuvent aider les exploitations à fonctionner avec moins d'interruptions et dans des conditions plus sûres.

Par Alexandra Lopez-Pacheco

Les géologues et les ingénieurs recueillent le plus de renseignements structurels possible sur les blocs rocheux au moment de considérer la conception des mines bien avant de commencer le forage ou le minage, mais il y aura toujours des éléments inhérents inconnus sur la façon dont réagiront les blocs rocheux. L’excavation, le minage et le forage peuvent entrainer le déplacement des blocs rocheux ce qui redistribue la tension et déclenche l’instabilité. L’innovation en termes de solutions de soutènement et l’évolution de la technologie de surveillance microsismique offrent le potentiel de permettre l’exploitation en diminuant le nombre d’interruptions et améliorent la protection tant du personnel que de l’équipement.

Soutènement du toit souple

Pendant des années, les principaux outils de soutènement utilisés pour éviter les éboulements étaient le béton, essentiellement du ciment pulvérisé sur la pierre, et les grillages faits de treillis en fil d’acier. Malgré tous leurs avantages, les grillages peuvent être difficiles à fixer à la pierre et le béton est cassant.

« Le béton sec n’est ni mobile ni flexible », affirme James Bradley, chef technique des mines au sein de 3M Canada. « Ce qui se produit dans les mines souterraines c’est que la pierre semble vouloir bouger et, lorsque cela arrive, la pierre sera toujours plus forte que le béton. Lorsque la pierre bouge, même s’il s’agit seulement de trois millimètres, le béton se fissure et perd de sa résistance. »

En 2009, Xstrata Nickel a approché 3M Canada et lui a demandé de l’aider à élaborer un substitut au béton. Collaborant avec un consortium minier et Xstrata, 3M Canada a élaboré sa membrane composite polymère (membrane PCM). Le béton peut nécessiter de quatre à huit heures pour sécher et près de vingt jours pour durcir après avoir été pulvérisé, alors que la membrane PCM ne demande que quelques secondes pour sécher et trois jours pour durcir.

La membrane PCM peut être utilisée seule ou en combinaison avec le béton pour ajouter de la stabilité. « Le béton est bon en matière de compression, mais mauvais en ce qui a trait à la tension; la membrane PCM quant à elle procure une excellente tension », indique Bradley. « Lorsque le béton commence à bouger et à se fissurer, le revêtement porte la charge; c’est un peu comme si une pellicule couvrant le béton qui le garde en place bouge et se fissure davantage, libérant la charge de la pierre. Si des problèmes ont préalablement été soulevés dans la mine, les opérateurs peuvent pulvériser une membrane PCM sur le béton, lui donnant ainsi une seconde vie. Ou pour être proactif, il est possible de pulvériser la membrane PCM avant que le béton ne fissure. Durant nos tests, nous avons découvert que le fait de pulvériser la membrane PCM sur le béton augmente la charge maximale (le point où le béton se fissure pour la première fois) de cinquante pour cent. » 3M indique que la membrane PCM peut augmenter la dureté du béton de 400 pour cent.

La membrane PCM peut également être utilisée seule. « L’objectif de cette invention était de diminuer la durée de cycle et d’augmenter la productivité de la mine en atteignant les corps minéralisés », affirme Alex Isings, chef, Secteur minier, pétrolier et gazier chez 3M Canada. « Puisque la membrane PCM durcit rapidement, les durées de cycle sur les sites miniers peuvent être diminuées. La membrane PCM utilise également moins de matériaux que le béton, ce qui se traduit par une diminution du nombre de tambours à transporter sous terre. En outre, sa couleur orange facilite la détermination des surfaces renforcées et permet de réfléchir la lumière dans un environnement sombre. »

La plus grande contrainte concernant l’instauration de la nouvelle technologie, indique Isings, sera de changer les mentalités. « L’industrie minière connait le béton et l’acier, mais ne connait pas encore le polymère », ajoute-t-il.

À l’écoute du sol

Avec le temps, la surveillance microsismique a évolué, devenant un outil important d’atténuation des risques. En termes simples, la surveillance microsismique se compose de capteurs installés dans la mine, d’une boîte de jonction où est conservé l’équipement de communication clé et les données sismiques recueillies par les capteurs et d’ordinateurs pour consigner et traiter les données et ensuite créer des images en 3D à partir de celles-ci. « La technologie a émergé avec la puissance de calcul, de sorte que les ordinateurs sont devenus plus gros, meilleurs et plus rapides, même chose pour la technologie » affirme Brad Simser, un ingénieur, Contrôle des pressions de terrain basé à Sudbury avec Glencore Canada.

« Si vous prenez l’exemple de certaines mines plus anciennes, généralement il y avait du fil de cuivre de la surface aux espaces souterrains qui était ramifié comme un système de racines d’arbre pour se connecter aux capteurs », déclare Simser. « L’achèvement de l’infrastructure de fil de cuivre se voulait une tâche énorme. »

Avec l’avènement de la technologie sans fil, la logistique visant à amener le réseau principal du système dans une mine pour une nouvelle opération est devenue plus facile. Aujourd’hui, la technologie peut différencier de façon plus efficace les vrais événements sismiques dans la mine des vibrations causées par le forage, les camions de transport ou le roulement de la pierre le long de la cheminée à minerai, note Simser. Les pratiques exemplaires font aussi constamment l’objet d’améliorations, ce qui inclut de ne pas lésiner sur les capteurs de façon à fournir des renseignements exacts qui mettent l’accent sur l’endroit précis où a lieu l’activité sismique. Aussi, de plus en plus d’experts sont conscients du rôle important de la surveillance microsismique à l’étape de la conception de la mine, plutôt que d’y avoir recours pour surveiller les risques durant les opérations en cours. Elle offre la possibilité de recueillir des données de base sur l’activité sismique dans la mine, facilitant ainsi la reconnaissance de nouveaux problèmes au moyen de comparaisons.

Le secteur de la technologie de surveillance microsismique est dominé par deux joueurs : ESG Solutions, dont le siège social se trouve à Kingston, Ontario, et l’Institute of Mine Seismology (IMS) établit en Australie, qui ouvrira un bureau en Ontario au début de 2014. En 2012, ESG et IMS ont lancé de nouvelles itérations de leur technologie de surveillance. En plus d’augmenter la sensibilité, les deux systèmes répondent au problème de disponibilité avec des capacités d’autovérification intégrées conçues pour offrir plus de souplesse en matière de durée et de travail souvent restreints avec l’entretien du système. Alexander Mataseje, gestionnaire de projet et spécialiste du développement des affaires chez ESG, explique : « Auparavant, les instruments de dépannage exigeaient de se rendre sous terre dans la mine pour inspecter visuellement l’équipement, chercher les câbles sectionnés ou endommagés et faire une lecture physique pour déterminer la cause des défaillances. Le nouvel enregistreur sismique Paladin IV 32 bits comporte des tests de diagnostics intégrés qui permettent aux utilisateurs de diagnostiquer tout problème directement à partir du terminal sismique à la surface. »

Pour rendre le système de l’IMS plus souple, le directeur général Richard Lynch indique que le nouveau système de l’entreprise est modulable dans sa conception. « La station sismique est habituellement composée d’un numériseur et d’un CPU, mis ensemble. Nous les avons séparés en deux unités distinctes, diminuant ainsi les coûts pour certaines applications. Par exemple, si un client veut surveiller quatre capteurs dans le même puits de forage, il devait acheter deux stations complètes. Il peut maintenant acheter deux numériseurs et seulement une unité CPU. »

Les nouvelles technologies de filtration et les CPU plus puissants ont également amélioré la quantité et la qualité des événements sismiques détectés. Mataseje rapporte qu’une mine utilisant le plus récent système en Ontario a observé une hausse de 36 pour cent en matière de détection d’événements. « En distinguant les événements sismiques normaux des comportements anormaux, même les tendances les plus subtiles peuvent fournir une rétroaction précieuse pour le contrôle des pressions de terrain. En détectant de plus petits événements sismiques, avec le temps, nous sommes en mesure de générer un rapport exhaustif de l’activité sismique, et par le fait même d’utiliser ces renseignements pour faire des interprétations plus significatives », dit-il.

Pour tous les avancements faits en ce qui a trait à la technologie, le but ultime d’être capable de prévoir les importants événements sismiques en s’appuyant sur les données recueillies et les tendances relevées demeure tout un défi.

« Cette technologie offre un outil de surveillance pour observer comment la pierre réagit à la construction de tunnels et le forage souterrain, mais n’est toujours pas suffisamment efficace pour prédire les répercussions », indique Simser. « Il s’agit d’un bon identificateur de risque : vous pouvez noter une aire à risque élevé ou une aire à faible risque. Mais pour savoir que demain à midi nous pouvons espérer un tel événement, personne ne peut y arriver. » Dans le passé, Simser a analysé des événements sismiques relativement importants dans une mine et a découvert que moins de la moitié ont démontré un lien clair entre les activités minières et les événements sismiques subséquents, pour près du tiers, « il régnait un silence parfait, rien, et voilà que sortant de nulle part, un événement s’est produit. » En théorie, il est possible de prédire un nombre important d’événements sismiques significatifs en analysant la quantité énorme de données de surveillance recueillies. « Les très petits événements sismiques n’entraineront pas de dommages observables, mais la vérité est qu’ils occasionneront certains dommages à la pierre provoquant ainsi un effet cumulatif important », affirme Simser. « Puisque les événements individuels ne permettent pas d’observer des dommages, les sociétés minières sont portées à les ignorer et à seulement se concentrer sur les plus grands. La plupart des opérations que j’ai observées forment la base de l’information : peut-être faudrait-il les dépouiller davantage. Peu de personnes ont suffisamment d’études et d’expérience pour analyser les données plus en profondeur, on note donc une lacune dans ce domaine. »

Lynch souligne que : « Dans certaines mines, les mines d’or profondes de l’Afrique du Sud en sont un bon exemple, les prévisions d’aléa sismique sont faites trois fois par jour pour chaque aire de travail. Il s’agit d’une tâche ardue, mais les taux de réussite sont assez bons pour permettre à la société minière de gérer le risque sismique. »

Une solution logicielle permettant une analyse plus complexe du sismogramme n’est pas prête de voir le jour, affirme Lynch. « Malheureusement, les algorithmes automatiques ne sont pas encore aussi fiables que les processeurs humains expérimentés, malgré deux décennies de recherche. Des progrès sont faits, mais nous évaluons que les humains sont toujours meilleurs dans 65 pour cent du temps. » En réponse, IMS offre des services de filtration et de traitement des données en sous-traitance.

ESG a comblé les lacunes en matière d’analyse et de formation en lançant récemment un groupe de services consultatifs géotechniques et miniers. « Bon nombre de mines préfèrent disposer d’un accès direct à leurs données sismiques. En offrant une formation supplémentaire aux clients, en les orientant sur ce qu’il faut surveiller et sur comment faire concorder l’activité sismique en cours aux données historiques, ils sont plus en mesure de comprendre ce qu’ils enregistrent », souligne Mataseje. « En termes de nouvelles analyses avancées, notre groupe consultatif offre une panoplie de méthodes qui va au-delà de la simple localisation des événements sismiques, ce qui aide nos clients à comprendre le pourquoi et le comment de l’éboulement des roches », indique Mataseje. « Je constate une évolution de l’industrie en matière d’analyse et d’interprétation des données recueillies au moyen des techniques avancées, pour aider les mines pour tirer le meilleur parti de leurs données sismiques. »

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