juin/juillet 2013

Illumination des mines

Par Eavan Moore

Une équipe travaille sur le puits numéro 2 à la mine Oyu Tolgoi de Rio Tinto, en 2012. Cette opération de foudroyage par blocs devrait commencer la production cet été. D’autres projets, en cours de développement, devraient apporter un éclairage permettant de perfectionner le processus de modélisation utilisé dans l’exploitation minière à grande échelle | Offert par Rio Tinto

Lorsque la mine par blocs foudroyés de Henderson a vu le jour, en 1976, dans le Colorado, il n’existait pas de logiciel de programme d’exploitation dans le commerce répondant aux besoins du foudroyage par blocs. Cette méthode consiste à sous-caver un important gisement de minerai et à collecter le minerai fragmenté à partir d’un ensemble de points de soutirage, tandis que le bloc rocheux s’effondre sous son propre poids. L’équipe des opérations fut alors obligée de créer son propre logiciel.

Si certaines sociétés minières continuent de créer leur propre logiciel interne (lire l’article « De l'importance de pouvoir planifier »), il existe aujourd’hui certaines solutions pour les opérations de foudroyage. Développeurs de logiciels commerciaux, chercheurs et consultants ont collaboré pour appliquer la modélisation par ordinateur, de plus en plus pointue, à la planification des opérations de foudroyage par blocs. Cette étape est particulièrement importante, étant donné l’étendue des aménagements souterrains qu’il faut mettre en place avant de pouvoir extraire du minerai.

La première étape de la planification consiste à prendre un modèle de ressource existant et esquisser l’empreinte du bloc de minerai à exploiter, explique John Barber, directeur technique de l’exploitation minière souterraine pour AMEC E&C. Pour ce faire, les consultants en planification de mines appliquent des paramètres de base, tels le coût et la teneur, à des algorithmes internes, obtenant ainsi la meilleure « hauteur de soutirage » (HDS) ou hauteur de colonne.

Pour affiner le travail, les planificateurs disposent de tout un éventail de trousses logicielles vendues dans le commerce. De nombreuses mines utilisent Gemcom PCBC, un programmateur séquentiel de production mis au point il y a 25 ans sous la marque Geovia de Dassault Systèmes. Pour chacun des milliers de points de soutirage d’une mine, le logiciel PCBC est capable de créer une colonne de soutirage virtuelle croisant le modèle de bloc. Si les consultants peuvent générer eux-mêmes une empreinte de base, il existe un programme utilitaire « Meilleure HDS » au sein du logiciel PCBC, permettant aux utilisateurs d’affiner la hauteur de soutirage avec des données colonne par colonne.

Des algorithmes de mélange de matières permettent ensuite d’estimer ce que donnera réellement le point de soutirage. L’une des mises à jour les plus utiles du logiciel PCBC, selon Chuck Brannon, directeur de la planification de l’exploitation souterraine à Freeport McMoRan, est un modèle de 2006 capable de simuler divers mécanismes de mélange, parmi lesquels le mélange vertical, l’érosion en rigoles, la migration des fins et le basculement depuis une mine à ciel ouverte adjacente.

Le logiciel PCBC crée un calendrier de production qui ouvre les points de soutirage de façon séquentielle et qui rend compte des tonnes et de la teneur obtenue à chaque point de soutirage. Ce logiciel exploite les données saisies comme le déroulement des travaux préparatoires prévus, le tonnage requis, la forme de chambre souhaitée et plusieurs autres contraintes possibles, telles la capacité du tunnel et les limites de manutention du matériel au démarrage. Un calendrier type peut être créé en 20 minutes et exporté dans divers formats, notamment des tableurs Excel.

Bien que, selon M. Barber d’AMEC, le rapport entre les calendriers de production et la répartition reste un point faible, les logiciels de répartition vendus par des entreprises telles que Micromine, Caterpillar ou Modular Mining, possèdent des fonctions spéciales pour le foudroyage par blocs. Tony Diering, vice-président de l’unité commerciale du foudroyage de Geovia, souligne le fait que le logiciel Automine de Sandvik est particulièrement bien intégré au logiciel PCBC, grâce à la demande faite en 2004 par la mine de diamants de Finsch.

La modélisation dans le logiciel PCBC, et dans d’autres programmes, vise essentiellement à soutirer la chambre aussi uniformément que possible. « Dans mon livre, j’ai appelé ce jeu la gestion de la chambre, » explique M. Barber. « Dans un monde idéal, ce qui n’est pas le cas, vous obtiendriez chaque jour la même quantité de tonnes ou de seaux de déblais extraits à chaque point de soutirage dans la chambre. Si votre soutirage s’écarte trop de l’ordre prévu, vous pouvez commencer à mettre en place une dilution précoce. Vous risquez de perdre des ressources. Et vous risquez de provoquer des problèmes géotechniques. »

Capacité de prédiction

Pour que le soutirage de la mine soit uniforme, il est important d’anticiper ce qui ressortira du point de soutirage. Dans quelle mesure les rebuts vont-ils diluer le minerai en se déplaçant dans la chambre et quel type de fragmentation secondaire les morceaux de roche brisée vont-ils subir sous l’effet du mouvement? Pas assez de fragmentation risque de bloquer les points de soutirage; trop de fragmentation risque de produire une matière trop fine.

Prédire ce qui se passe dans la chambre est très complexe, explique Otto Richter, consultant principal à Snowden Group. Il souligne que, lors des opérations de foudroyage, tout ce que le bloc rocheux a connu dans le passé – de la formation géologique à l’exploitation minière – continue d’influer sur le rendement de la chambre tout au long de la vie de la mine. « Quand on utilise la méthode d’exploitation à ciel ouvert, le passé est le passé et on ne travaille qu’avec la matière restante in situ, » explique-t-il. « Mais ce n’est pas le cas avec le foudroyage par blocs. À moins de savoir ce qui s’est passé avant, vous ne pourrez jamais prédire avec exactitude un foudroyage par blocs pendant quelque période raisonnable que ce soit. »

Mais, au stade de la conception d’une mine, il est impératif d’avoir des outils prédictifs. C’est d’ailleurs une priorité du projet de technologie d’exploitation minière à grande échelle (Mass Mining Technology ou MMT) commandité par l’industrie et basé à l’Université du Queensland. Ce projet entend réduire les risques majeurs liés au foudroyage par blocs, grâce à la recherche. Itasca International Inc., développeur participant, s’est appuyé sur des modèles physiques, des théories issues du processus des trémies et des silos et d’un code numérique existant appelé PFC pour mettre au point un simulateur d’écoulement gravitaire rapide, appelé REBOP (émulateur rapide fondé sur PFC). Utilisé dans 20 mines environ dans le monde, ce simulateur permet de représenter une colonne de soutirage en couches qui évoluent selon des règles incrémentales, fondées sur des mécanismes d’écoulement rocheux répandus, tels la dilatation, l’éboulement et l’érosion en rigoles.

Amélioration de la modélisation de la fragmentation

Matt Pierce, ingénieur en chef à Itasca, explique que REBOP utilise quatre saisies clés : l’emplacement des points de soutirage; les formes et les tailles des entonnoirs et des points de soutirage; le calendrier de soutirage; et un modèle de bloc qui spécifie la fragmentation primaire attendue.

« Comprendre la fragmentation primaire est essentiel pour comprendre la façon dont la matière va descendre, » explique M. Pierce, précisant que ce n’est pas une tâche aisée. Il fait partie d’une équipe qui est en train de mettre au point un nouvel outil de fragmentation, Synthetic Rock Mass (SRM), un code numérique qui teste les effets de la compression sur un bloc rocheux virtuel. Le modèle rocheux utilise un réseau de fractures discrètes – un rendu de données géotechniques telles que la quantité, l’orientation et la densité des joints.

Davide Elmo, professeur adjoint à la mécanique des roches à l’Université de British Columbia, utilise le réseau de fractures discrètes et la modélisation SRM dans le cadre de ses recherches et de son travail de conseil. Pour créer un bon modèle de fragmentation, avertit-il, il faut disposer de renseignements précis sur la structure de fissuration. En particulier, la longueur des joints compte désormais parmi les paramètres essentiels qui sont sous-représentés dans les systèmes de classification existants des blocs rocheux ; les nouvelles mines commencent tout juste à ajouter des travaux d’exploration dans le but d’évaluer l’étendue de leur structure de fissuration. « Nous avons compliqué la chose, » explique M. Elmo. « Nous ne nous sommes pas contentés de simplement utiliser les systèmes de spécification des blocs rocheux, lesquels ne pouvaient pas vraiment régler notre problème. »

M. Elmo a également travaillé sur un deuxième domaine de recherche important : prédire l’affaissement du sol qui résultera inévitablement d’un foudroyage de grande ampleur. « Prédire » est un terme trop fort, selon M. Elmo. Mais il pense que des résultats plutôt satisfaisants peuvent être obtenus grâce à des modèles de modélisation des éléments finis, tels FLAC3D d’Itasca, ELFEN de Rockfield Software Ltd. ou Abaqus de Dassault Systemes.

Dans ces modèles, selon M. Elmo, un maillage d’éléments finis soumis à des contraintes se déforme au point d’un foudroyage dans un processus itératif. Il explique : « Ce modèle comporte généralement des éléments déclencheurs : si le déplacement est supérieur à x, il faut changer les propriétés pour remplacer le bloc rocheux par une chambre. À partir de là, l’analyse est actualisée, augmentant le nombre d’éléments foudroyés et fragilisant le tout. »

L’épreuve du temps

À l’heure actuelle, on applique les modèles des éléments finis aux grandes opérations de foudroyage par blocs comme la mine de Henderson, dans le Colorado, ou la mine de diamants de Finsch, en Afrique du Sud. On utilise également des versions logicielles plus récentes pour des mines telles Resolution en Arizona, Cadia East de Newcrest et Oyu Tolgoi de Rio Tinto, lesquelles n’ont pas encore commencé la production. Ces dernières années, la capacité de prédiction des logiciels s’est nettement améliorée et au fur et à mesure que ces nouvelles mines vont entrer en activité, cette amélioration va se poursuivre. Aujourd’hui, le problème est que le calibration des modèles n’a pas suivi la création des nouveaux outils. « Je dirais que dans les cinq prochaines années, il est probable que nous commencions à mesurer l’ampleur de la tâche à effectuer pour améliorer ces méthodes, » précise M. Elmo.

En attendant, le projet MMT occupera bien assez les chercheurs; le foudroyage est une méthode qui se généralise, se prêtant à un plus large éventail de blocs rocheux. « J’ai constaté un intérêt systématiquement accru pour la recherche sur le foudroyage au cours des 15 dernières années, » conclut M. Pierce. « Il faut avancer beaucoup d’argent avant d’obtenir son premier minerai. Mieux vaut ne pas se tromper. »

Traduit par SDL

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