202 - Défis, préoccupations et tendance du développement de l'industrie minière

Les mines produisent beaucoup de résidus miniers qui peuvent être déposés en surface dans un parc à résidus miniers ou en partie envoyés sous terre comme remblai pour remplir des vides créés par des opérations minières. Lors de leur déposition en place et sous l’effet de leur propre poids, deux phénomènes se produisent aux résidus miniers en boue : sédimentation et consolidation. Le premier est caractérisé par le manque des contraintes effectives alors que le deuxième est caractérisé par la génération des contraintes effectives non nulles. Malgré ces phénomènes bien connus, il n’était pas clair comment faire la distinction entre les phases de sédimentation et de consolidation, d’un point de vue de la pratique. En plus, il semble qu’il n’y avait pas de solution analytique disponible pour estimer le tassement et le volume final des résidus miniers après leur déposition. Dans cette présentation, les essais de retrait sont présentés en lien avec les processus de sédimentation et de consolidation. La séparation des deux processus est identifiée comme le point de déviation de la linéarité de courbe de retrait qui correspond à l’indice de vide ou à la teneur en eau à la valeur d’entrée d’air (Air Entry Value – AEV). Une solution analytique a été proposée pour évaluer le tassement et le volume de retrait des résidus miniers, associés à la sédimentation et à la consolidation. La solution analytique a été validée par des résultats expérimentaux obtenus pas des essais en laboratoire.

La réutilisation des résidus miniers dans la préparation de remblai en pâte cimenté est une approche qui permet annuellement à Agnico Eagle (AEM) de retourner près de 50% de ses résidus sous-terre. Cette approche qui est largement répandue dans les mines souterraines d’AEM permet de d’entreposer de manière durable des résidus du cycle de minage et de faire œuvre utile puisque le remblai en pâte cimenté permet de stabiliser les ouvrages souterrains. Même si cette technique de remblayage est très répandue, AEM par de multiples initiatives, continu d’innover dans ce domaine. Les projets dont il est question ici sont : l’utilisation de matériaux cimentaires recyclés, l’utilisation des mégadonnées pour optimiser l’utilisation de ciment, l’instrumentation innovante de chantiers souterrains et le développement de projets de laboratoire novateurs pour mieux représenter le milieu souterrain. Un survol des différentes initiatives d’AEM permettra d’avoir une vue d’ensemble sur l’état des connaissances actuelles en industrie et des défis opérationnelles à venir où l’avancement des sciences en génie minier demeure essentiel.

Faisant face à l’épuisement progressif de gisements à forte teneur, l’industrie minière accentue l’exploitation à très grand volume de gisements à moindre teneur pour subvenir à la demande. L’accroissement du volume de minerais extrait augmente significativement l’intensité globale des procédés de fracturation de la roche tel que le dynamitage, concassage et broyage. Cette augmentation accentue les enjeux de santé, sécurité, et environnementaux associés à l’ensemble de ces procédés de fragmentations du roc dans l’industrie minière. La présentation suivante arbore ces enjeux et souligne l’importance et les opportunités du développement technique et technologique dans le domaine de la fracturation et fragmentation du roc.

Ressources naturelles canada estime à 3 % la consommation d’électricité globale associée aux procédés de comminution (c.-à-d. broyage et concassage). L’amélioration de la fragmentation en amont par sautage intensif et optimisé représente une voie de recherche et développement préconisée pour faire face aux enjeux d’efficacité énergétique. L’utilisation accentuée des énergies explosives fait cependant face à des enjeux d’hygiène atmosphérique et environnementaux associés aux rejets des agents explosifs. L’optimisation de l’extraction minière de façon holistique prenant compte des procédés de comminution et de la conception des sautages est mise de l’avant dans une revue sommaire d’avenues de développements techniques et technologiques.

Dans cette présentation, on parlera de caractérisation mécanique de matériaux granulaires grossiers et des applications dans des projets de stabilité physique des haldes à stériles et des remblayages de fosses minières avec des stériles.

Les roches stériles sont des matériaux sans intérêt économique qu’il faut dynamiter et extraire dans une mine afin d’accéder au minerai. Les volumes de production sont de l’ordre de 2 à 3 fois le minerai, donc il faut construire des haldes qui font plusieurs dizaines, voire centaines de mètre de hauteur, et assurer leur stabilité physique, chimique et hydrogéologique. Le matériau est composé de particules de roche de tailles très diverses, allant des grains de sable et silt jusqu’à des roches d’environ 1 m de diamètre. Cette taille surdimensionnée ne permet pas de tester le matériau à l’échelle réelle au laboratoire, donc il faut travailler avec des échantillons à l’échelle réduite. Pourtant, les méthodes de mise à l’échelle ont plusieurs limitations, dont certaines n’ont pas encore été bien comprises.

Afin d’analyser la stabilité physique des haldes, on présentera des approches physiques et numériques multi-échelle pour mieux comprendre le comportement mécanique singulier des matériaux granulaires grossiers, et ainsi caractériser les roches stériles.

Bien que les ingénieur.e.s disposent de méthodes basées sur l'optimisation mathématique pour soutenir le processus de séquençage de la production, la conception des opérations continue d'être un défi pour lequel les méthodes existantes sont soit heuristiques soit inexactes et donc, le résultat dépend fortement de l'expertise personnel.

Dans cette présentation, nous montrerons quelques méthodes d'optimisation et d'intelligence artificielle qui peuvent être utilisées pour la génération automatisée ou assistée d'opérations minières.

Dans le cas de l'exploitation minière à ciel ouvert, des méthodes d'optimisation sont présentées pour générer des conceptions de fosse qui tiennent compte des espaces opérationnels et la conception de rampes qui maximisent la valeur totale de la fosse.

Dans le cas de l'exploitation souterraine par blocs et panneaux foudroyés, des méthodes assurant une enveloppe optimale mais avec une géométrie opératoire seront présentées.

Enfin, pour les opérations souterraines d'abattage de sous-niveaux et d'autres méthodes d'exploitation minière, nous présentons des modèles d'optimisation qui, combinés avec des techniques d'intelligence artificielle, peuvent déterminer l'ensemble des chantiers qui maximisent la valeur économique, y compris certains des développements miniers.