Les différentes séquences d’exploitation

Un gisement est généralement divisé en plusieurs parties ou zones à exploiter. L’ordre d’exploitation de ces zones constitue la séquence d’exploitation (Gamar, 2000).

La planification de la mise en place de l’infrastructure d’accès aux zones définies est dictée par la séquence d’exploitation (Gamar, 2000) choisie. Deux principales séquences d’exploitation (séquence descendante et séquence ascendante) permettent par combinaison, de définir plusieurs séquences d’exploitation hybrides.

1.3.1 La séquence d’exploitation descendante

La séquence d’exploitation descendante consiste à entamer un gisement par sa partie supérieure (Pelley, 1994). Cela permet de coupler l’exploitation des chantiers des parties supérieures, au développement des parties inférieures du gisement. L’application de cette séquence n’est raisonnable, que si les teneurs les plus élevées sont dans les parties supérieures ou, lorsque le gisement n’est pas bien connu en profondeur (Pelley, 1994).

Dans cette séquence d’exploitation, un seul front d’exploitation progresse généralement vers les zones inférieures du gisement (Figure 1.1).

Par exemple, en Australie, pour appliquer la séquence d’exploitation descendante, une rampe est couramment utilisée comme voie principale d’accès au gisement (Potvin et Hudyma, 2000).

Dans le cadre de cette séquence, l’infrastructure primaire de la mine est progressivement mise en place (Gamar, 2000) et la production est vite entamée (Pelley, 1994). Cela implique qu’un faible investissement initial suffit pour démarrer les travaux d’exploitation. Cependant, la contrainte majeure

de la séquence réside dans l’usage des piliers (Pelley, 1994). Ces piliers servent à maintenir la stabilité globale, à contrôler la dilution et, à isoler le remblai rocheux des chantiers secondaires des parties supérieures déjà exploitées. (Villaescusa, 2003). En cas de non utilisation de piliers, les travaux d’exploitation des zones inférieures sont menés sous du remblai cimenté (très enrichi en ciment).

Figure 1. 1: Séquence d’exploitation descendante au moyen d’un puits ou d’une rampe d’accès

1.3.2 La séquence d’exploitation ascendante

La séquence d’exploitation ascendante priorise l’exploitation des parties inférieures d’un gisement (Figure 1.2). Dans ce cas, l’infrastructure primaire est bâtie jusqu’à ces parties inférieures, avant le début de l’exploitation.

Habituellement, c’est un puits vertical qui ouvre l’accès au gisement (Potvin et Hudyma, 2000). Le fonçage d’un tel puits requière un investissement conséquent et, retarde quelque peu le démarrage de la production (Gamar, 2000 ; Potvin et Hudyma, 2000). Cette séquence s’applique surtout aux gisements connus en profondeur (Gamar, 2000).

Toutefois, la séquence dispose aussi d’atouts. D’abord, l’usage de piliers n’est pas requis pour exploiter les parties supérieures et, la sécurité est accrue car le remblai sert de plateforme de travail (Villaescusa et Kuganathan, 1998 ; Villaescusa, 2003). Ensuite, du point de vue géotechnique, la progression de l’exploitation vers la surface, où les contraintes naturelles sont modérées, permet de minimiser les problèmes d’accumulation des contraintes de terrain, jugés récurrents en profondeur (Potvin et

Puits principal ou rampe en cours d’extension

Hudyma, 2000). De même, la séquence crée une meilleure redistribution des contraintes (Planeta et al. ,1998 ; Gamar, 2000 ; Villaescusa, 2003) et un seul front d’exploitation qui progresse vers les zones supérieures (Gamar, 2000).

Figure 1. 2: Séquence d’exploitation ascendante au moyen d’un puits d’accès

1.3.3 Les séquences d’exploitation mixtes

Les séquences d’exploitation mixtes sont les variantes des séquences descendante et ascendante. Dans ces séquences, l’exploitation débute dans des zones différentes, et progresse du bas vers le haut ou inversement. Cela crée de multiples fronts, nécessitant dans certaines conditions, la création d’un ou de plusieurs piliers.

Lorsque des piliers sont créés dans une séquence, il est fondamental d’analyser les effets de l’exploitation des différentes zones sur ces derniers. En réalité, avec la convergence des fronts d’exploitation, les piliers peuvent être le lieu de la manifestation de phénomènes géotechniques appelés effets de piliers. Les effets de piliers peuvent générer des effondrements ou des coups de terrain. Plus exactement, selon Gamar (2000), le phénomène lié aux effets de pilier se manifeste de la

manière suivante : « Lorsque le front d'extraction se rapproche d’une zone supérieure anciennement exploitée, une série de phénomènes géotechniques et géomécaniques, comme les effondrements et les coups de terrains peuvent avoir lieu, en occasionnant l'instabilité du terrain et en diminuant même le rendement des opérations minières.» Dans les années 2000, Gamar a énuméré trois classes de séquences hybrides, à savoir les séquences A, B et C.

1.3.3.1 La séquence A

La séquence hybride de type A ne nécessite aucun pilier. Par conséquent, il ne se manifeste aucun effet de piliers global lors des travaux d’exploitation (Gamar, 2000). Cette séquence comprend deux variantes A1 et A2, illustrées dans la Figure 1.3.

La variante A1 correspond typiquement à la séquence d’exploitation ascendante. Avec cette variante, l’exploitation débute au fond du gisement et progresse vers ses parties supérieures. C’est la séquence idéale du point de vue de la redistribution des contraintes induites (Gamar, 2000). En effet, une phase d’exploitation avec un seul front est requise.

La variante A2 est la combinaison des séquences ascendante et descendante. Dans cette association, l’exploitation commence au centre du gisement. Deux zones sont ainsi créées, générant deux fronts à exploiter en une seule phase et en sens opposés. Autrement dit, les deux zones sont exploitées simultanément, du centre du gisement vers ses extrémités supérieures et inférieures. Gamar n’a toutefois pas mentionné l’insuffisance au niveau sécuritaire de la variante A2 qui nécessite de travailler sous le remblai des chantiers de la zone supérieure exploitée.

Figure 1. 3: Séquences d’exploitation A1 et A2, modifié (Gamar, 2000)

1.3.3.2 La séquence B

La séquence dite B est une variante de la séquence d’exploitation ascendante uniquement. Elle consiste à diviser le gisement en deux parties par un pilier central. Par la suite, ces deux parties sont exploitées simultanément ou successivement. Dans l’exploitation simultanée, une seule phase est permise avec deux fronts ascendants. Pour ce qui est de l’exploitation successive, chacune des deux parties du gisement est exploitée, avec un front ascendant en une phase. Un total de deux fronts et deux phases y sont donc requises. Dans les deux contextes ci-dessus, la convergence des fronts d’exploitation va générer un effet de pilier, dans le voisinage de la partie centrale du gisement et, cela est mieux indiqué dans la Figure 1.4.

1.3.3.3 La séquence C

Cette séquence est appliquée en répartissant le gisement en plusieurs zones (n), au moyen de piliers tel qu’illustré dans la Figure 1.5. Avec cette répartition, chaque zone représente une phase d’exploitation avec un front en ascension. Ainsi, à (n) zones vont correspondre (n-1) piliers, exposés aux effets de convergence des fronts d’exploitation. Cette séquence est la moins sécuritaire car elle génère trop de piliers, qui deviennent des zones de surcontraintes. Il en résulte une détérioration de la stabilité globale de la mine et des chantiers.

La répartition d’un gisement en zones et la fixation de leur ordre d’exploitation sont un préalable dans la planification de l’exploitation. En effet, chaque zone dispose de chantiers d’abattage qui doivent être exploités rationnellement. Pour ce faire, une séquence d’extraction doit être définie.

À ce titre, la séquence primaire ainsi que la séquence primaire et secondaire sont populaires dans l’extraction minière souterraine.

Figure 1. 5: Séquence d’exploitation de type C, modifié (Gamar, 2000)