Méthodologie d'évaluation de la performance technique
des chantiers d'abattage
: importance des écarts
opérationnels et leurs impacts sur quelques paramètres
économiques
Thèse
Sebastian Ibarra Gutiérrez
Doctorat en génie des mines
Philosophiæ doctor (Ph. D.)
Québec, Canada
Méthodologie d’évaluation de la performance technique
des chantiers d’abattage
Importance des écarts opérationnels et leurs impacts sur
quelques paramètres économiques
Thèse
Sebastián Ibarra Gutiérrez
Sous la direction de :
iii
Résumé
L’estimation et la postérieure évaluation de la performance technique des chantiers d’abat-tage sont des étapes cruciales de la planification minière. En effet, lorsqu’effectuées correctement, elles permettent de réconcilier l’extraction de la quantité de minéral estimée dans les réserves au fur et à mesure que l’exploitation avance, de faire le suivi de la sé-quence de minage ainsi que de prévenir d’éventuelles instabilités géomécaniques. De plus, l’évaluation de la performance technique établit les bases statistiques sur lesquelles les in-génieurs prennent les décisions concernant son estimation et, de ce fait, le design des chantiers d’abattage dans les futures études de faisabilité. D’autre part, des lacunes de connaissances dans la littérature, notamment la non-standardisation des définitions qui dé-crivent ce qui se produit à l’intérieur des chantiers d’abattage et la non-inclusion de certaines situations dans les méthodes de calcul utilisées, font en sorte que l’évaluation de la perfor-mance technique des chantiers d’abattage peut se voir limitée, voire mal interprétée. Les lacunes susmentionnées, pouvant provoquer des écarts importants entre les études de fai-sabilité par rapport à l’opération minière — performance technique planifiée versus réalisée —, se trouvent à l’origine de la présente thèse de doctorat. Suite à une revue cri-tique de la littérature, notamment en ce qui concerne les méthodes de calcul présentement en usage ainsi que de la manière de procéder couramment dans la pratique minière — à savoir, basées uniquement dans les notions de dilution et de pertes opérationnelles —, cet
iv
ouvrage propose des améliorations substantielles au niveau de la méthodologie d'évalua-tion de ladite performance technique. La méthodologie d’évaluad'évalua-tion proposée s’appuie sur deux piliers novateurs : i) l’intégration des estimations faites durant la planification minière — et, de ce fait, des écarts qui en résultent — et, ii) l’inclusion du concept de minéralisation opérationnelle hors-profil, permettant de différencier les concepts d’effondrement et dilution. De surcroît, cette méthodologie fait le lien entre la performance technique des chantiers d’abattage et quelques paramètres économiques d’importance, dont le coût unitaire d’opé-ration. À travers le développement d’équations de correction, l’utilisation de la méthodologie dont il est question permet d’effectuer des ajustements et/ou des prévisions au fur et à me-sure que l’exploitation avance. L’étude de cas d’une mine en opération démontre les avantages d’application de cette méthodologie améliorée pour obtenir une représentation plus précise de la réalité des chantiers d’abattage, s’adaptant non seulement aux nouvelles technologies et logiciels d’arpentage et design minier, mais prévoyant également une utili-sation qui serait adéquate pour tous les niveaux miniers, à savoir : planification, opération, réconciliation et faisabilité.
v
Table des matières
RÉSUMÉ ... III TABLE DES MATIERES ... V LISTE DES TABLEAUX ... IX LISTE DES FIGURES ... X GLOSSAIRE ... XIII REMERCIEMENTS ... XVII
INTRODUCTION ... 1
Mise en contexte ... 1
Problématique... 6
Le minage à grande profondeur ... 6
La conception et la performance technique des chantiers d’abattage ... 8
Définition et portée de l’étude ... 12
Objectifs... 14
Objectif général ... 14
Objectifs spécifiques ... 14
Méthodologie ... 15
Structure de la thèse ... 19
CHAPITRE 1 REVUE CRITIQUE DE LA LITTÉRATURE ... 22
1.1 Introduction ... 22
1.2 Méthode d’exploitation et séquences de minage ... 25
1.3 L’introduction de la norme canadienne NI 43-101 ... 35
1.4 Méthodologie actuelle d’évaluation de la performance technique des chantiers d’abattage ... 39
1.4.1 La dilution du minerai ... 40
1.4.1.1 La dilution planifiée ... 42
1.4.1.2 La dilution opérationnelle ... 44
1.4.1.3 Méthodes d’estimation de la dilution du minerai ... 46
1.4.2 Les pertes de minerai ... 54
1.4.2.1 Les pertes planifiées ... 55
1.4.2.2 Les pertes opérationnelles ... 55
vi
1.5 Évaluation de la performance économique des chantiers d’abattage ... 58
1.5.1 La valeur actuelle nette (VAN) et la valeur actualisée des profits (VAP) ... 58
1.5.2 Le coût unitaire d’opération ... 60
1.6 Lacunes de connaissances sur la performance technico-économique des chantiers d’abattage ... 67
1.6.1 Le matériel cassé abandonné en place ... 79
1.7 Conclusions ... 87
CHAPITRE 2 OPTIMISATION DE LA MÉTHODOLOGIE D’ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE TECHNIQUE DES CHANTIERS D’ABATTAGE ... 93
2.1 Introduction ... 93
2.2 Définition et développement de paramètres et facteurs de performance technique pour la méthodologie d’évaluation améliorée ... 97
2.2.1 L’extraction du minéral ... 105
2.2.2 Pourcentage de dilution opérationnelle (PDO) ... 107
2.2.3 Pourcentage de pertes opérationnelles (PPO) ... 108
2.2.4 Pourcentage de minéralisation opérationnelle hors-profil (PMO) ... 109
2.2.5 Facteur d’écart de l’extraction du minéral (FEEM) ... 110
2.2.6 Facteur d’écart de dilution opérationnelle (FEDO) ... 112
2.2.7 Facteur de variation de la réserve à l’intérieur du chantier d’abattage (FVR) ... 114
2.2.8 Facteur des bris sous profil (FBSP) ... 115
2.2.9 Facteur des bris hors-profil (FBHP) ... 116
2.3 Conclusions ... 120
CHAPITRE 3 IMPLICATIONS ÉCONOMIQUES DE LA MÉTHODOLOGIE MODIFIÉE D’ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE TECHNIQUE DES CHANTIERS D’ABATTAGE ... 125
3.1 Introduction ... 125
3.2 Relations entre le coût unitaire d’opération et les paramètres de performance technique du chantier d’abattage ... 128
3.2.1 L’impact isolé de la variation opérationnelle de minéral (« Vom ») sur le coût unitaire d’opération ... 132
3.3.2 Impact isolé de l’écart de dilution opérationnelle sur le coût unitaire d’opération 143 3.3.3 Impact combiné de la variation opérationnelle de minéral et de l’écart de dilution opérationnelle sur le coût unitaire d’opération ... 155
vii
3.4 Effet de la teneur du tout-venant sur la répercussion de la variation opérationnelle de
minéral et de l’écart de dilution opérationnelle sur la valeur actualisée des profits ... 162
3.5 Conclusions ... 170
CHAPITRE 4 APPLICATION ET VALIDATION DE LA MÉTHODOLOGIE D’ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE TECHNIQUE DES CHANTIERS D’ABATTAGE : ÉTUDE DE CAS DE LA MINE ÉLÉONORE (GOLDCORP) ... 175
4.1 Introduction ... 175
4.2 Contexte et description du site minier à l’étude ... 180
4.2.1 Généralités ... 180
4.2.2 Géologie et minéralisation ... 181
4.2.3 Caractérisation géomécanique du massif rocheux ... 185
4.2.4 Méthode d’exploitation ... 186
4.3 Élaboration de la base de données de performance technique de chantiers d’abattage ... 187
4.3.1 Identification des paramètres et des facteurs de performance technique ... 187
4.3.2 Limitations concernant l’interprétation et la fiabilité de la base de données ... 189
4.4 Tendances et résultats de l’évaluation de la performance technique des chantiers d’abattage ... 191
4.4.1 Sommaire des résultats de performance technique réelle ... 191
4.4.2 Le rôle de la profondeur ... 200
4.4.3 Analyses statistiques multifactorielles ... 205
4.5 Validation de la méthodologie d’évaluation de performance technique des chantiers d’abattage ... 213 4.6 Conclusions ... 222 CONCLUSION ... 226 Sommaire rétrospectif ... 226 Contribution ... 230 Recommandations générales ... 233
Perspectives et travaux futurs ... 235
BIBLIOGRAPHIE ... 238
ANNEXE A CLASSIFICATIONS GÉOMÉCANIQUES DU MASSIF ROCHEUX ... 244
A1.1 Rock Mass Rating (RMR) ... 244
viii
A1.3 Rock Tunneling Quality Index (Q) ... 248 A1.4 Stability number (N’) (Indice de stabilité) ... 253 ANNEXE B BASE DE DONNÉES D’APPLICATION DE LA MÉTHODOLOGIE
D’ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE TECHNIQUE AUX CHANTIERS D’ABATTAGE DE LA MINE ÉLÉONORE (GOLDCORP) ... 255
ix
Liste des tableaux
Tableau 1.1 Caractéristiques des ouvertures, de sélectivité d’extraction et de contrôle de la dilution et des pertes pour quelques méthodes d’exploitation (Planeta et al., 2013) ... 23 Tableau 1.2 Caractéristiques des chantiers selon les variantes de la méthode
d’exploitation par chambres vides utilisées par les mines à l’étude ... 33 Tableau 1.3 Méthodologies de calcul du pourcentage de dilution (d’après Henning, 2007) ... 45 Tableau 1.4 Coût unitaire d’opération et composants, modifié d’après Planeta et
Paraszczak (2001) ... 65 Tableau 2.1 Définition de paramètres de performance technique des chantiers d’abattage ... 101 Tableau 2.2 Exemple d’application des paramètres de performance technique des
chantiers d’abattage (planification, réalisation et performance) ... 103 Tableau 2.3 Exemple d’application des facteurs de performance technique des chantiers d’abattage (planification, réalisation et performance) ... 117 Tableau 3.1 Exemple numérique des valeurs typiques des éléments du coût unitaire d’opération estimé pour des mines visant l’exploitation en profondeur au Québec ... 131 Tableau 3.2 Impact isolé de la variation opérationnelle de minéral, « Vom », sur les
éléments du coût unitaire d’opération ... 140 Tableau 3.3 Impact isolé de l’écart de dilution opérationnelle, « Ed », sur les éléments du
coût unitaire d’opération ... 151 Tableau 3.4 Paramètres de l’étude de cas pour un gisement d’or typique québécois .... 163 Tableau 4.1 Valeurs du RMR en fonction de la profondeur par unité géologique à la mine Éléonore (Goldcorp, 2016) ... 185 Tableau 4.2 Valeurs moyennes de performance technique des chantiers d’abattage .... 192 Tableau 4.3 Horizons de minage et nombre de chantiers minés ... 200
x
Liste des figures
Figure 1.1 Vues longitudinale et transversale verticale des chantiers transversaux (en haut) et des chantiers longitudinaux (en bas) — exploitation par chambres vides ... 28 Figure 1.2 Séquence de minage pour les chantiers extraits transversalement avec la méthode d’exploitation par chambres vides (chantiers exploités numérotés en bleu ;
chantiers remblayés et curés, sans numéro et en marron) ... 30 Figure 1.3 Séquence de minage pour les chantiers extraits longitudinalement avec la méthode d’exploitation par chambres vides (chantiers exploités numérotés en bleu ;
chantiers remblayés et curés, sans numéro et en marron) ... 31 Figure 1.4 Étapes à l’intérieur du cycle de production d’un chantier d’abattage : 1-
Développement des accès au chantier ; 2- Forage du chantier ; 3- Sautage ; 4- Soutirage télécommandé ; 5- Remblayage du chantier (en pâte, sur la figure) ... 35 Figure 1.5 Catégories des ressources minérales et des réserves minérales selon la norme canadienne NI 43-101, d’après Planeta et al. (2013) ... 38 Figure 1.6 Schématisation des dilutions planifiée et opérationnelle à l’intérieur d’un
chantier d’abattage (vue transversale verticale pour la variante longitudinale de la
méthode) ... 42 Figure 1.7 Estimation de la dilution opérationnelle suite aux analyses de Pakalnis et
Vongpaisal en 1993, d’après Robert-Martel (2016) ... 50 Figure 1.8 Abaque de stabilité standard avec les modifications proposées par Nickson en 1992, d’après Robert-Martel (2016) ... 51 Figure 1.9 Graphique de stabilité modifié de ELOS en fonction de N’ et du rayon
hydraulique (RH) selon Clark (1998) ... 52 Figure 1.10 Schématisation des pertes planifiées et opérationnelles à l’intérieur d’un chantier d’abattage (vue transversale verticale pour la variante longitudinale de la
méthode) ... 55 Figure 1.11 Principe de fonctionnement du système de balayage au laser utilisé pour mesurer et contrôler les cavités d’un chantier d’abattage ouvert ... 68 Figure 1.12 Limites planifiées (en jaune) et réalisées (en rouge) d’un chantier d’abattage en vue 3D, transversale verticale et longitudinale, suite à l’arpentage au laser ... 69
xi
Figure 1.13 Matériels composant les bris sous profil et les bris hors-profil d’un chantier d’abattage ... 71 Figure 1.14 Minéralisation opérationnelle hors-profil et diminution de la réserve minérale d’un futur chantier ... 72 Figure 1.15 Méthodologie générale d’évaluation de la réserve minérale selon Planeta et al. (2013) ... 78 Figure 1.16 Matériel cassé qui sera abandonné en place (en rouge) suite à la présence d’un bloc majeur ... 81 Figure 1.17 Matériel cassé abandonné en place (en rouge) suite au risque d’endommager ou de perdre un équipement à la suite d’un effondrement ... 82 Figure 1.18 Bris sous profil (en bleu) caché par le matériel cassé abandonné en place (en rouge) ... 84 Figure 2.1 Éléments composant la méthodologie proposée d’estimation de la réserve minérale d’un chantier (à gauche) versus réserve minérale extraite d’un chantier (à droite) ... 99 Figure 3.1 Impact de la variation opérationnelle de minéral (représentée par le FEEM) sur le coût unitaire d’opération ... 141 Figure 3.2 Impact de l’écart de dilution opérationnelle sur le coût unitaire d’opération ... 153 Figure 3.3 Coût unitaire d’opération par tonne de tout-venant, corrigé en fonction de l’écart de l’extraction du minerai (FEEM) et de l’écart de dilution opérationnelle (FEDO) ... 157 Figure 3.4 Coût unitaire d’opération par tonne de minéral effectivement extrait par rapport à la réserve minérale estimée, corrigé en fonction de l’écart de l’extraction du minerai (FEEM) et de l’écart de dilution opérationnelle (FEDO) ... 157 Figure 3.5 Coût unitaire d’opération par tonne de minerai extrait corrigé (situation
particulière) ... 161 Figure 3.6 VAP en fonction de la teneur du minerai et du FEDO — en haut, coût unitaire d’opération corrigé, exprimé en fonction du minéral effectivement extrait par rapport à la réserve minérale estimée ; en bas, coût unitaire d’opération constant, sans correction . 165 Figure 3.7 VAP en fonction de la teneur du minerai et du FEEM — en haut, coût unitaire d’opération corrigé, exprimé en fonction du minéral effectivement extrait par rapport à la réserve minérale estimée ; en bas, (coût unitaire d’opération constant, sans correction) 166
xii
Figure 3.8 Influence de la teneur sur l’impact du FEEM et du FEDO sur la VAP ... 169 Figure 4.1 Géologie régionale et locale du dépôt Roberto (Goldcorp, 2014) ... 182 Figure 4.2 Vue en section de la minéralisation à la mine Éléonore (Goldcorp, 2014) ... 184 Figure 4.3 Pourcentage de pertes opérationnelles (PPO) et pourcentage de dilution
opérationnelle (PDO) calculés par chantier d’abattage ... 194 Figure 4.4 Histogrammes de fréquence du pourcentage de pertes opérationnelles (PPO), en haut, et du pourcentage de dilution opérationnelle (PDO), en bas ... 195 Figure 4.5 Histogramme de fréquence du pourcentage de minéralisation opérationnelle hors-profil (PMO) ... 197 Figure 4.6 Écart de dilution opérationnelle (%) calculé par chantier d’abattage... 199 Figure 4.7 Valeurs moyennes du PDO (en haut), PPO (au centre) et PMO (en bas) en fonction de la profondeur et regroupées par horizon de minage ... 201 Figure 4.8 Valeurs moyennes du FEDO (en haut, à gauche), FEEM (en haut, à droite), FBHP (en bas, à gauche) et FBSP (en bas, à droite) en fonction de la profondeur ... 203 Figure 4.9 Diagrammes de Pareto des effets standardisés pour le PDO et le PPO ... 206 Figure 4.10 Diagrammes de Pareto des effets standardisés pour le PMO ... 207 Figure 4.11 Diagrammes de Pareto des effets standardisés pour le FBHP et le FBSP .. 207 Figure 4.12 Diagrammes de Pareto des effets standardisés pour l’ELOS des épontes .. 208 Figure 4.13 Diagrammes de Pareto des effets standardisés pour le FEDO et le FEEM . 208 Figure 4.14 Diagramme d’optimisation-effets pour le FEDO et le FEEM ... 211 Figure 4.15 Diagramme d’optimisation-effets pour le PDO, le PPO et le PMO ... 212 Figure 4.16 Dilution par chantier d’abattage selon différentes méthodes de calcul ... 214 Figure 4.17 PDO en fonction des pertes opérationnelles réalisées et de la minéralisation opérationnelle hors-profil réalisée (exemple pour le chantier 230-5050-256) ... 217 Figure 4.18 Suivi du tonnage ayant été catégorisé plus précisément avec la méthodologie proposée pendant les périodes de juillet 2015 (en bleu) et de février 2016 (en vert) ... 218 Figure 4.19 Différences de calcul de l’extraction du minéral par chantier d’abattage... 219 Figure 4.20 Variation du coût unitaire d’opération en fonction de la performance technique des chantiers d’abattage ... 221
xiii
Glossaire
De : Dilution opérationnelle estimée ;
Dr : Dilution opérationnelle réalisée ;
Ed : Écart de dilution opérationnelle ;
Em : Écart de minéralisation opérationnelle hors-profil ;
Ep : Écart des pertes opérationnelles ;
FBHP : Facteur des bris hors-profil ; FBSP : Facteur des bris sous profil ;
FEDO : Facteur d’écart de dilution opérationnelle ; FEEM : Facteur d’écart de l’extraction de minéral ;
FVR : Facteur de variation de la réserve minérale à l’intérieur du chantier ; Mae : Minerai des chantiers adjacents estimé ;
Mar : Minerai des chantiers adjacents réalisé ;
Mée : Minéral des épontes estimé ;
Mér : Minéral des épontes réalisé ;
xiv
Mor : Minéralisation opérationnelle hors-profil réalisée ;
Me : Minéral extrait à l’intérieur des limites du chantier ;
Mpe : Minéral planifié à extraire à l’intérieur des limites du chantier ;
Pe : Pertes opérationnelles estimées ;
Pr : Pertes opérationnelles réalisées ;
PDO : Pourcentage de dilution opérationnelle ;
PMO : Pourcentage de minéralisation opérationnelle hors-profil ; PPO : Pourcentage de pertes opérationnelles ;
Re : Remblai opérationnel estimé ;
Rr : Remblai opérationnel réalisé ;
Ri : Réserve initiale à l’intérieur du chantier d’abattage ;
Rme : Réserve minérale estimée ;
Se : Stérile opérationnel estimé ;
Sr : Stérile opérationnel réalisé ;
TV : Tout-venant ;
xv
xvi
Memento, homo,
quia pulvis es,
et in pulverem reverteris
xvii
Remerciements
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude au Professeur Marcel Laflamme, directeur de thèse, pour son aide constante, ses précieux conseils et sa disponibilité tout au long de cette recherche. Je remercie également le Professeur Konstantinos Fytas de sa confiance et des nombreux échanges amicaux qui m’ont toujours encouragé dans mes travaux. Merci aussi au Professeur Richard Poulin d’avoir contribué à la finalisation de ma formation doctorale.
J’exprime aussi ma plus profonde reconnaissance à Luc M. Marsolais, O.S.M., de m’avoir témoigné son amitié sincère, sa sagesse et ses conseils, et d’avoir été une source inépui-sable de lumière qui m’a permis de conduire cet ouvrage à son terme malgré certains moments de découragement.
Une pensée toute particulière va à celle que j’aime, qui porte la couleur et la fleur dans son prénom, pour sa tendresse indicible et son soutien inconditionnel.
Je tiens enfin à remercier tous ceux qui, ici ou sous d’autres latitudes, m’ont exprimé leur appui inconditionné et leurs encouragements soutenus, et qui ont contribué de différentes manières à la réalisation de ce travail.
1
Introduction
Mise en contexte
À l’heure actuelle, la réalité minière semble se trouver dans une sorte de dichotomie. En effet, s’il existe, d’une part, une nécessité de minéraux afin de satisfaire la demande des pays industrialisés et des économies en émergence, d’autre part, l’épuisement des gise-ments connus et les difficultés pour en trouver d’autres rendent moins favorable le développement de nouveaux projets miniers. Dans un tel scénario, Jenning et Schodde (2016) indiquent que la production additionnelle future qui devra remplacer celle des gise-ments qui s’épuisent ne peut venir que de trois sources : des expansions et nouvelles phases des opérations existantes ; de la mise en opération de projets connus, mais pas encore développés ; ou de la découverte de nouveaux gisements. Les auteurs cités précé-demment font également noter que, parmi ces trois sources, seulement la première peut être considérée pour le court terme, et que cette option s’avère souvent être un succès.
Cette réalité explique non seulement l’intérêt, mais aussi le besoin d’effectuer de la re-cherche dans le contexte des opérations minières des futures mines profondes, et ce, de la part des tous les acteurs impliqués, à savoir l’industrie, les gouvernements et les centres de formation et d’investigation. Pour le Québec, la situation comporte un avantage comparatif majeur. La province présente effectivement un potentiel géologique d’envergure en grande
2
profondeur : la mine LaRonde (Mines Agnico Eagle), en ayant atteint les 3000 m de profon-deur, figure parmi les exploitations les plus profondes au monde ; alors que deux mines en opération, la mine Westwood (IAMGOLD Corporation) et la mine Éléonore (Goldcorp), ex-ploitent des gisements dont les limites verticales n’ont pas encore été définies.
En ce qui concerne l’extraction des gisements souterrains au Québec et au Canada, ce sont les méthodes les plus mécanisées qui remportent la tendance, parmi lesquelles celle par chambres vides est la plus répandue (Planeta et Paraszczak, 2001 ; Udd, 2006). Cette mé-thode d’exploitation par chambres vides nécessite, le plus souvent, l’application du forage de longs trous. Cela lui permet d’avoir un haut rendement et un faible coût d’opération par tonne de tout-venant, en rendant ainsi possible l’extraction de gisements à plus faibles te-neurs dont l’exploitation par une méthode plus sélective ne serait pas économique en raison de son coût opératoire plus élevé (Planeta et Paraszczak, 2001). Cependant, l’utilisation d’une telle méthode rend également difficile le suivi adéquat des limites planifiées des chan-tiers d’abattage ainsi qu’un contrôle efficace de leur stabilité (Planeta et Szymanski, 1997). Cette situation peut entrainer des effets négatifs, dont une dilution et des pertes opération-nelles de minerai élevées, beaucoup de travaux de développement et d’importants investissements en capital (Planeta et al., 1998). Une étude abordant la conception des chantiers exploités par cette méthode, réalisée par Suorineni (2010), supporte cette idée et met en évidence les difficultés qui en découlent.
3
Par ailleurs, l’Institut canadien des mines, de la métallurgie et du pétrole (ICM) a commencé en 2000 un processus de mise à jour des Normes de l’ICM sur les ressources et les réserves minérales – Définitions et lignes directrices, afin d’harmoniser les définitions canadiennes à celles des autres membres du CRIRSCO (Committee for Mineral Reserves International Reporting Standards) (Bankes, 2015). De ce fait, la nouvelle norme NI 43-101 pour les études de faisabilité stipule que « les réserves minérales comprennent les matériaux de dilution et des provisions pour pertes subies lors de l’exploitation ou de l’extraction de la substance » (ICM, 2014b). Il en résulte que, aujourd’hui, il est essentiel, depuis les pre-mières étapes de conception d’un projet minier, de réaliser toutes les estimations nécessaires afin de bien intégrer la dilution et les pertes opérationnelles dans les informa-tions qui permettront l’évaluation des investissements requis, des coûts et des revenus escomptés, et qui définiront enfin la rentabilité économique du projet.
Durant les dernières années, des améliorations dans le contrôle des limites des chantiers d’abattage ont vu le jour. Plus particulièrement, l’utilisation accrue des systèmes d’arpen-tage au laser a fourni des données permettant d’évaluer la performance technique de plusieurs opérations souterraines, particulièrement pour celles exploitées par chambres vides. Cependant, des efforts équivalents pour mettre à jour les critères qui définissent la méthodologie d’évaluation de ladite performance semblent ne pas avoir accompagné cette démarche. Or, dans une industrie qui se sert majoritairement de modèles empiriques, qui évoluent au fur et à mesure que le développement technologique permet de repousser les limites un peu plus loin, de telles mises à jour ne sont pas toujours évidentes. D’ailleurs,
4
bien que certaines publications aient traité de l’impact négatif de la dilution et des pertes opérationnelles, les mécanismes qui définissent ces phénomènes demeurent complexes et, malgré les efforts des ingénieurs, la plupart des mines continue à subir de la dilution et des pertes opérationnelles (Jang, 2014). En conséquence, il existe très peu d’information dans la littérature permettant de quantifier l’ampleur, l’impact et la façon de traiter la dilution et les pertes opérationnelles et, surtout, de les intégrer dans une méthodologie cohérente, pra-tique et applicable au niveau de l’opération minière.
C’est dans ce scénario que cette thèse s’encadre, faisant partie d’un projet d’envergure intitulé « Mines profondes : défis d’exploitation et impacts sur la récupération minéralur-gique », financé via le Programme de recherche en partenariat sur le développement durable du secteur minier par le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (FRQNT), et réalisé en collaboration avec trois acteurs majeurs dans l’industrie minière qué-bécoise, à savoir : Mines Agnico Eagle, Goldcorp et IAMGOLD Corporation. Étant donné l’ampleur de ce projet — et dans le but de couvrir de la meilleure manière la plupart des éléments impliqués —, une équipe d’investigation a été constituée en prévoyant la réalisa-tion de différents travaux de recherche, dont trois mémoires de maîtrise et la présente thèse de doctorat. Cette thèse s’occupe plus précisément d’une des problématiques du volet ex-ploitation minière : la méthodologie d’évaluation de la performance technique des chantiers d’abattage, avec une attention particulière sur l’impact des écarts opérationnels, les limita-tions et voies d’optimisation découlant de la base de l’expérience opérationnelle de la mine Éléonore.
5
L’un des caractères distinctifs de cette thèse résulte de l’envergure du projet dont elle s’en-cadre. En effet, la plupart des approches existantes dans la littérature ont ciblé l’étude d’un cas particulier dont l’objectif, plutôt que de viser l’amélioration des stratégies pour la con-ception d’une mine, était de solutionner ou de répondre à des besoins spécifiques. Pour sa part, la présente thèse prétend s’attaquer à la problématique d’une façon intégrale, d’abord en analysant les éléments théoriques permettant de représenter ce qui se passe effective-ment à l’intérieur d’un chantier d’abattage exploité par la méthode de chambres vides, puis se penchant sur l’impact de la performance technique — en présentant des outils, à travers une méthodologie robuste ayant comme base l’opération minière, pour l’évaluer correcte-ment au niveau de la planification et de la réalisation —, dans l’optique de mieux comprendre les effets et la nature des écarts opérationnels. Ensuite, cette thèse comprend l’élaboration d’une base de données extensive afin d’évaluer, d’analyser et d’identifier des tendances particulières et générales. De ce fait, ces travaux cherchent à améliorer les pro-jets miniers déjà en opération en leur proportionnant des stratégies pour faire face à ces défis du point de vue de la planification, dans le but ultime de constituer une base solide — la méthodologie d’évaluation proposée — qui orientera les nouveaux projets miniers al-lant en profondeur afin que la précision future de ces opérations ainsi que des futures études de faisabilité se voient substantiellement améliorées.
Ainsi, dans l’optique de répondre à l’une des problématiques à laquelle les futures mines profondes au Québec devront faire face, cette thèse, premièrement, apporte un outil pra-tique pour l’industrie, sous forme de méthodologie d’évaluation améliorée, nécessaire pour
6
la réflexion, du point de vue de l’ingénierie, sur les limitations et les possibles erreurs d’in-terprétation du calcul de la performance technique des chantiers d’abattage, en analysant les éléments qui la composent et en mettant à jour les définitions pour qu’elles répondent mieux au grand éventail de possibilités durant l’opération. Deuxièmement, en comparant les méthodologies d’évaluation — avec ou sans les améliorations proposées — cette thèse dé-montre les avantages d’appliquer les améliorations élaborées pour mieux quantifier et qualifier l’influence de la dilution et des pertes opérationnelles de minerai sur la performance technique des chantiers d’abattage — notamment leur impact majeur sur quelques para-mètres économiques —, tout en mettant en relief l’importance de la teneur du tout-venant dans la prépondérance d’un facteur sur l’autre. Enfin, à travers une étude de cas d’applica-tion aux chantiers réels d’un site minier en opérad’applica-tion, cette thèse vise à mettre en évidence l’intérêt de l’utilisation de la méthodologie d’évaluation proposée pour représenter, de ma-nière précise et adaptée aux gisements irréguliers, la performance technique des chantiers d’abattage à l’aide des paramètres et facteurs qu’elle propose — tout en démontrant com-ment ladite performance technique risquerait de se voir mal interprétée sans l’introduction des améliorations développées.
Problématique
Le minage à grande profondeur
Le concept de minage dit « à grande profondeur » est relatif, change et a changé continuel-lement durant le temps, principacontinuel-lement grâce au développement de nouvelles
7
technologies — ces dernières ayant facilité et permis la continuation rentable des opéra-tions, auparavant impossible. Ainsi, s’il y a cent ans une mine était considérée comme profonde lorsqu’elle dépassait les 500 m, aujourd’hui le creusage de puits en continu de plus de 3000 m est faisable (Udd, 2006). Par ailleurs, les conditions propres à chaque pays ou domaine minier doivent être tenues en compte, car celles-ci peuvent jouer un rôle en ce qui a trait au concept de minage à grande profondeur. De ce fait, il n’y a pas de consensus mondial pour catégoriser, au niveau de l’industrie minière, sur l’existence d’une profondeur donnée à partir de laquelle une mine doit être considérée comme profonde — les classifi-cations existantes varient d’un pays ou région minière à une autre. D’ailleurs, des objectifs d’investigation particuliers peuvent faire différer la définition d’une telle classification — per-formance d’un nouvel équipement, comportement du massif rocheux, etc.
Plusieurs problématiques ont été identifiées et analysées en considérant le cas du minage en profondeur. Cependant, celles-ci concernent surtout le contrôle du terrain, la géoméca-nique et la géodynamique, notamment l’effet des contraintes sur le massif rocheux, la séismicité induite et le support de terrain (CANMET, 2006). En effet, Brown (2012) a réper-torié les principales contraintes présentes dans la littérature, entre autres : les limites de la zone minéralisée peuvent êtres inconnues ou imprécises ; les paramètres inhérents à l’en-semble de failles, tels que l’orientation, l’espacement ou la persistance, peuvent changer ; les valeurs et la distribution des propriétés élastiques des composants du massif rocheux peuvent changer ; l’application des systèmes de classification du massif rocheux peut ne plus être valide ; l’estimation des contraintes in-situ et de l’anisotropie du massif peut varier ;
8
la séismicité naturelle et celle induite par les excavations minières peuvent être inconnues ou imprécises. Les problématiques liées au gradient géothermique ainsi qu’aux effets baro-métriques ont aussi été abordées par différents auteurs (Donoghue et Bates, 2000 ; Franz et Schutte, 2005 ; Payne et Mitra, 2008).
À l’heure actuelle, d’autres problématiques, liées plutôt aux opérations minières et aux pra-tiques utilisées lors du processus d’évaluation de la performance des chantiers et de la réconciliation minière, au niveau de la planification et de la géologie, demeurent peu étu-diées. Ce sont ces problématiques qui seront abordées la présente thèse de doctorat : celles-ci occasionnent des entraves pouvant se traduire par des écarts importants entre les études de faisabilité originales, la planification au niveau de l’opération et la réalisation et, de ce fait, par des performances techniques des chantiers d’abattage qui peuvent être amé-liorées. Les mines visant l’exploitation en grande profondeur devront également faire face auxdites problématiques. Ainsi, une révision exhaustive au niveau de l’évaluation de leur performance, laquelle doit présenter la situation actuelle et mettre en évidence les difficultés rencontrées s’impose, bien que les méthodes et les séquences d’exploitation traditionnelles s’avèrent toujours applicables.
La conception et la performance technique des chantiers d’abattage
La conception d’une mine souterraine est un processus complexe qui doit tenir compte de plusieurs aspects, souvent basés sur des hypothèses, afin d’estimer la possible rentabilité du projet et prendre ainsi la décision la plus propice en ce qui concerne sa continuation.
9
Pour ce faire, l’évaluation d’un projet minier est souvent divisée en étapes, lesquelles com-portent des marges d’erreur et des niveaux de précision acceptables visant l’analyse économique (Planeta et Szymanski, 2010). Les études de faisabilité se trouvent tout au début de ces étapes, où un nombre important de paramètres doit être estimé sur la base de suppositions justifiées.
L’un des aspects cruciaux dans toute étude de faisabilité pour un projet minier souterrain est la sélection de la méthode d’exploitation à utiliser. Cette sélection repose principalement sur les conditions géométriques et géomécaniques du gisement ainsi que sur celles du mas-sif environnant. Communément, en vertu de la variabilité des conditions citées ci-avant, il se peut que plusieurs méthodes d’exploitation soient choisies et que l’application de l’une ou de l’autre dépende de la zone particulière d’exploitation. Cependant, l’éventail de mé-thodes semble ne pas offrir trop de possibilités actuellement. En effet, à partir des années 1980, la plupart des mines canadiennes sont passées des méthodes d’exploitation haute-ment sélectives, dont le coût d’opération était élevé, à des méthodes en vrac qui favorisent un faible coût par tonne de tout-venant (Udd, 2006). Parmi ces dernières, c’est sans aucune contestation la méthode par chambres vides qui est à la tête de cette conversion, car son application permet d’offrir un grand tonnage et une productivité élevée, un faible coût d’opé-ration par tonne de tout-venant extrait et des conditions de travail moins à risque pour les employés.
10
Or, dans une industrie comme la minière, qui repose sur la base de l’expérience et des modèles rétrospectifs, l’exploitation de mines de plus en plus profondes avec une telle mé-thode — de par le fait que son utilisation rend plus difficile le contrôle des limites planifiées des chantiers d’abattage — créerait davantage des conditions pour avoir des pertes et de la dilution opérationnelles du minerai importantes.
Dans un tel scénario, des écarts majeurs entre la planification et la réalisation minière sont à prévoir si cette planification n’introduit pas les outils nécessaires pour comprendre et re-présenter ce qui se passe véritablement à l’intérieur des chantiers d’abattage. Il ne faut pas non plus négliger l’influence que la profondeur pourrait avoir sur des paramètres clefs affec-tant directement la performance technique des chantiers, comme la dilution et les pertes de minerai. De surcroît, les méthodes empiriques de design des chantiers — qui sont suppo-sées fournir une première estimation à propos de ces paramètres —, quoique validées lors de leur développement, ont maintenant atteint leurs limites et nécessitent des améliorations afin de répondre aux besoins contemporains de l’industrie (Suorineni, 2014).
Deux cas se distinguent à l’heure de concevoir le développement et la postérieure exploita-tion d’une mine souterraine profonde. Soit il s’agit d’une mine dont la partie exploitable du gisement débute à une grande profondeur, ce qui implique un investissement majeur pour la réalisation des travaux de développement dans le stérile, où aucun revenu monétaire n’est possible ; soit il s’agit d’une mine dont le gisement permet l’exploitation économique d’une partie supérieure, communément une mine déjà en opération ou une toute première
11
phase, pendant laquelle la découverte et l’identification de nouvelles ressources et réserves minérales permettent par la suite l’expansion de la mine ou le développement d’une nouvelle étape d’exploitation en profondeur. Si, au Québec, la mine LaRonde (Mines Agnico Eagle) est un clair exemple de cette dernière situation, les mines Éléonore (Goldcorp) et Westwood (IAMGOLD Corporation), pour leur part, identifient dans leurs études de faisabilité l’intérêt d’analyser la possibilité d’exploiter de façon économique des niveaux en grande profondeur (Simard et Brisebois, 2013 ; Joncas, 2013).
Par ailleurs, le temps moyen entre la découverte d’un gisement et la mise en production, d’environ 7 ans, ainsi qu’une moyenne de 5 ans pour produire une étude de faisabilité po-sitive (IAMGOLD, 2009), justifie la nécessité de minimiser le risque autant que possible vis-à-vis des scénarios changeants, et ce, surtout pour le premier cas. En contrepartie, le deu-xième cas oblige la mine à adapter l’exploitation en profondeur aux équipements, aux ouvertures et aux installations sur place chaque fois que possible afin de mettre à profit des investissements déjà faits. Il est donc impératif d’analyser, de manière compréhensive, les paramètres propres à la méthodologie d’évaluation de la performance technique qui sont liés aux sources d’incertitude intervenant dans la conception des chantiers d’abattage d’une mine profonde. Une telle analyse doit permettre non seulement de classifier lesdits para-mètres en tenant compte de leur répercussion dans quelques aspects économiques importants du projet, mais aussi d’établir une base qui pourra servir d’orientation pour amé-liorer les études de préfaisabilité et de faisabilité pour les futures mines profondes à partir de l’expérience et des défis de l’opération minière. Dans cette même optique, une retro
12
analyse des rapports d’ingénierie, ainsi que l’obtention des données techniques permettant d’évaluer l’évolution de l’exploitation minière et sa performance selon la méthode choisie, s’avère nécessaire pour identifier les relations propres aux conditions des mines québé-coises afin de diminuer les différences éventuelles entre les étapes de faisabilité, de planification et d’exploitation.
Définition et portée de l’étude
Ce projet de recherche s’intègre dans une étude qui aborde les défis de l’exploitation des futures mines profondes et de la récupération minéralurgique. Cette thèse se limite spécifi-quement au volet de l’exploitation minière. Plus précisément, elle vise à mettre en évidence les limitations qui affectent l’évaluation de la performance technique des chantiers d’abat-tage et, à partir de celles-ci, à l’optimiser en proposant des améliorations substantielles concernant la méthodologie d’évaluation, tout en mettant l’accent sur l’impact des écarts rencontrés au niveau de l’opération.
Pour ce faire, l’évaluation sera faite à partir de l’étude de cas d’une mine québécoise. Des conditions propres du gisement (pendage, puissance, géométrie, etc.) et des indicateurs clefs de performance technique seront obtenus grâce aux paramètres mesurés et/ou fournis au niveau de l’exploitation et aux paramètres calculés. Les paramètres, facteurs et mé-thodes de calcul résultants doivent permettre de tenir compte de toute la réalité du chantier, dont la quantification de la dilution et des pertes opérationnelles de minerai de manière précise et, surtout, adaptée aux besoins de l’opération. L’optimisation de la méthodologie
13
d’évaluation de la performance technique sera, conséquemment, réalisée en développant un modèle intégral de la réalité des chantiers d’abattage tout en se servant de l’introduction de facteurs et de paramètres appropriés pour évaluer la répercussion sur certains para-mètres économiques primordiaux — tels le coût unitaire d’opération et la valeur actualisée des profits — afin de mettre en évidence leur impact.
Ainsi, puisqu’il vise à améliorer les outils pour estimer et évaluer la performance technique des chantiers d’abattage exploités par chambres vides, l’importance de ce projet de re-cherche est de nature économique. Par ailleurs, le projet trouve sa pertinence dans un scénario où plusieurs mines en exploitation ont trouvé que l’extension de leurs gisements continue en profondeur. De ce fait, l’expansion ou encore le développement des nouvelles phases dans ces mines exigent donc une correcte utilisation de l’information provenant de la performance technique des chantiers d’abattage ainsi que d’une méthodologie robuste d’évaluation afin de faire face aux défis de conception des chantiers, de maximiser la ren-tabilité des opérations et de servir de guide pour rapprocher les futures études de faisabilité de la réalité des opérations minières.
Enfin, comme mentionné précédemment, cette thèse aborde uniquement les probléma-tiques liées à l’évaluation de la performance technique des chantiers d’abattage du point de vue des opérations minières (planification et réconciliation ingénierie-géologie). Elle n’ap-proche aucunement les problématiques liées à la mécanique des roches, bien que certaines références doivent être faites sporadiquement aux fins de la mise en contexte. En ce sens,
14
il convient de souligner que la méthodologie proposée ne cherche pas non plus à prédire ni la dilution, ni les pertes opérationnelles de minerai, mais plutôt à les catégoriser de manière plus précise, conformément à ce que les nouvelles technologies permettent, afin d’éviter le risque de mal interpréter la performance technique des chantiers.
Objectifs
Objectif général
L’objectif général de ce projet doctoral vise à optimiser la méthodologie d’évaluation des aspects influençant la performance technique des chantiers d’abattage, leur conception et l’impact de cette évaluation sur quelques paramètres économiques de l’opération et, de par ce fait, à proposer des voies d’amélioration à partir de l’étude de cas d’une mine québécoise.
Objectifs spécifiques
Les objectifs spécifiques du projet doctoral sont :
i) Évaluer les éléments qui définissent la méthodologie d’évaluation actuelle de la per-formance technique des chantiers d’abattage, en identifier les lacunes et répertorier les principales limitations trouvées au niveau de l’opération minière ;
15
ii) Élaborer des corrections et définir les paramètres et facteurs nécessaires afin de développer une méthodologie d’évaluation améliorée dans le but de mieux catégo-riser la performance technique des chantiers d’abattage tout en diminuant le risque de mal interprétation de celle-ci ;
iii) Faire ressortir, à partir d’une étude de cas, les avantages d’application de la métho-dologie d’évaluation améliorée en démontrant les répercussions économiques potentielles liées à une mauvaise interprétation de la performance technique des chantiers d’abattage ;
iv) Développer une banque d’information actualisée sur la performance technique des chantiers ;
v) Analyser, en respectant les limitations rencontrées dans une mine en début d’opé-ration, le rôle de la profondeur sur les tendances et impacts précédemment mentionnés à partir des données recueillies.
Méthodologie
La méthodologie utilisée au cours de cette thèse s’encadre dans la méthodologie du projet de recherche auquel elle appartient, de façon spécifique au volet concernant les aspects de l’exploitation du minerai. Deux grandes étapes se sont distinguées :
16
i) L’analyse théorique et l’optimisation dans les critères et modèles de la méthodo-logie d’évaluation de la performance technique des chantiers d’abattage exploités par la méthode de chambres vides suite à une revue détaillée de la littérature ;
ii) L’élaboration d’une base de données et l’application de ladite méthodologie d’évaluation de la performance technique des chantiers dans le contexte de l’étude de cas d’une mine québécoise afin de démontrer ses avantages. Cette dernière étape s’est sous-divisée en trois autres, à savoir : la collecte, vérification et validation de l’information ; l’analyse des données recueillies et ; les discus-sions des résultats suite aux améliorations observées.
De façon parallèle, les données pratiques et réelles, telles qu’observées sur le terrain lors de l’exploitation, ont été récupérées pour le site minier à l’étude. Ces données ont compris particulièrement les méthodes et séquences de minage, les dimensions des chantiers, la dilution et les pertes opérationnelles ainsi que leurs sources identifiées.
Finalement, l’analyse comparative de l’information visait à cibler les écarts entre les para-mètres utilisés pour la conception et la planification minières et ceux observés. Cette étape a principalement porté sur les aspects abordés durant l’étape précédente, mettant en relief l’impact technique et économique de la dilution et des pertes opérationnelles dans la per-formance technique des chantiers d’abattage pour la méthode d’exploitation en usage. Pour y arriver, les définitions, les méthodes de calculs et la méthodologie générale ont été revues
17
de manière exhaustive afin de les améliorer pour qu’elles répondent aux différents scénarios possibles, de proposer des facteurs adéquats ainsi que des équations de correction pour bien quantifier l’impact des écarts opérationnels au niveau de la réalisation par rapport à la planification.
L’évaluation de tels scénarios, considérant la répercussion de la performance technique sur les paramètres économiques, implique nécessairement d’aborder les coûts, puisque la ren-tabilité d’un projet est une question financière. Compte tenu de la nature sensible de ces informations, seuls les détails techniques reliés aux mines participantes ont été recueillis. Cela n’empêche pas pour autant de les décrire et de les paramétrer afin de comprendre leur variation avec l’étude et, aussi, pour des fins des simulations où les valeurs peuvent être changées dès qu’une entreprise désirerait évaluer une situation particulière.
Ainsi, les informations suivantes ont été spécifiquement collectées pour l’ensemble du pro-jet, lorsque disponibles :
i) Informations géologiques : minéralogie, géométrie du gisement (puissance, exten-sion, pendage), ressources et réserves minérales par catégorie et les classifications utilisées ;
ii) Informations géotechniques : état des contraintes naturelles, classifications géotech-niques des zones minéralisées et les méthodologies utilisées (RQD, RMR, Q, par exemple) ;
18 iii) Méthodes et séquences de minage ;
iv) Planification des chantiers : volume, tonnage, teneur, forage, sautage, remblai, dilu-tion planifiée et pertes planifiées de minerai, etc. ;
v) Informations sur les chantiers extraits : volume et tonnage réels, teneur, sources identifiées de dilution et pertes, etc.
Par la suite, ce fut l’étape du traitement de l’information. Cette étape a permis non seulement de classifier les données collectées, mais aussi de les interpréter statistiquement, d’en ob-tenir les relations qui ont rendu possible l’accomplissement des objectifs. Pour cette raison, il fut important, avant même d’entamer les analyses pertinentes, de bien cerner et d’identifier les variables — ces dernières ont notamment permis le regroupement des situations pour les conditions semblables et font ainsi ressortir les changements qui se sont produits au niveau de la performance technique. Toutes les données faisant partie des informations mentionnées antérieurement qui ne sont pas identifiées spécifiquement comme des va-riables en tant que telles, sont néanmoins nécessaires pour la compréhension et la classification adéquate et pour l’interprétation de la réalité selon le contexte minier. En ce sens, le maximum d’informations possibles qui pourrait être utile a été recueilli afin de s’as-surer de bien représenter le cas d’étude.
19
Structure de la thèse
Cette thèse s’organise en six parties. Cette première partie, introductoire, comprend la mise en contexte de l’étude, énonce la problématique, décrit le projet de recherche et discute autour des objectifs et de la pertinence de ce travail. Elle présente également la méthodo-logie utilisée, l’information collectée et établit la portée de l’étude.
Le premier chapitre présente une revue critique de la littérature et permet, en même temps, de clarifier les définitions sur lesquelles se centre l’étude de cette thèse. Ainsi, dans un premier temps, il comprend la définition de la méthode d’exploitation par chambres vides dans ses variantes longitudinale et transversale, ainsi que l’introduction de la norme NI 43-101 et ses implications. Par la suite, le chapitre analyse la méthodologie actuelle d’évalua-tion de la performance technique des chantiers d’abattage ainsi que leur évaluad’évalua-tion économique, en faisant le point sur les éléments, les définitions et les méthodes de calcul utilisés. Il se termine par une identification détaillée des lacunes en ce qui concerne la mé-thodologie actuelle d’évaluation performance technique des chantiers d’abattage et met en évidence ses limitations, notamment par rapport à l’utilisation de la dilution et des pertes de minerai comme les seuls paramètres pour la définir.
Ensuite, le deuxième chapitre présente les améliorations faites à la méthodologie d’évalua-tion de la performance technique des chantiers d’abattage. Plus particulièrement, il introduit de nouvelles définitions qui, en contemplant tous les scénarios possibles de se produire lors
20
de l’exploitation d’un chantier d’abattage, facilitent une adéquate évaluation de leur perfor-mance technique, tout en présentant plusieurs facteurs d’intérêt pour mieux la représenter à travers l’introduction d’une méthodologie d’évaluation substantiellement optimisée et ro-buste.
En reprenant les définitions et facteurs qui conforment le modèle de base de la méthodolo-gie introduite dans le chapitre précédent, le troisième chapitre se focalise dans les implications économiques de la méthodologie améliorée d’évaluation de la performance technique des chantiers d’abattage. Notamment, il développe la quantification de l’impact que les paramètres de performance technique des chantiers d’abattage ont sur quelques aspects économiques du projet minier, notamment le coût unitaire d’opération et la valeur actualisée des profits. Ce chapitre vise aussi à mettre en évidence le rôle de la teneur sur la prédominance et les répercussions d’un facteur ou l’autre pour les mêmes résultats de performance technique. Enfin, des équations de correction sont développées, permettant de ce fait aux opérations de rectifier leurs estimations en fonction des écarts opérationnels rencontrés.
Le quatrième chapitre se consacre à l’élaboration d’une base de données extensive per-mettant de démontrer les avantages de l’application de la méthodologie d’évaluation de la performance technique proposée à travers l’étude de cas d’une mine collaborant dans ce projet. Il cherche également à évaluer les résultats de performance technique d’une mine
21
en opération dans le but de repérer les premières tendances. Dans cette optique, des ana-lyses statistiques multifactorielles seront effectuées afin de repérer, en tenant compte des limitations propres aux données provenant une mine en début d’exploitation, les variables significatives qui semblent jouer un rôle dans la performance technique des chantiers d’abattage.
Enfin, la dernière section souligne la contribution, synthétise les conclusions, regroupe les recommandations et oriente vers les perspectives de recherche résultant de cette thèse.
22
Chapitre 1
Revue critique de la littérature
1.1 Introduction
L’utilisation des concepts de performance technique des chantiers d’abattage ainsi que ceux de dilution et pertes de minerai peut porter à confusion. En effet, bien qu’il existe toujours une notion intuitive de ce que ces concepts impliquent, il se peut que — et c’est d’ailleurs le cas le plus courant —, dans la pratique, leur signification varie entre plusieurs définitions, méthodes de calcul et terminologies possibles, d’autant plus qu’il n’y a pas de standard dans la matière. Les interprétations erronées qui pourraient en découler ainsi que quelques la-cunes détectées au niveau de la littérature en ce qui se rapporte aux possibilités considérées au sein du chantier d’abattage, exigent donc des précisions au niveau de la méthodologie d’évaluation appliquée afin d’offrir une évaluation de la performance tech-nique qui utilise un langage commun aux différents niveaux miniers — études de faisabilité, planification et réalisation. À cet égard, il faut mentionner que l’introduction des Normes de définitions de l’Institut canadien des mines, de la métallurgie et du pétrole (ICM), élaborées à partir de l’année 2000 et mises en application depuis 2005 (ICM, 2010), a fait changer considérablement l’optique sous laquelle deux concepts clefs pour la représentation de la performance technique, la dilution et les pertes de minerai, doivent être pris en compte au
23
niveau des études de faisabilité, d’où lesdits concepts ont gagné de plus en plus en impor-tance.
Également, au moment de parler de performance technique des chantiers d’abattage, de dilution et de pertes de minerai, il faut nécessairement faire référence à une méthode d’ex-ploitation pour que les résultats soient comparables entre eux. Certainement, le choix d’une méthode d’exploitation dépend des contraintes et des limitations imposées par les caracté-ristiques du gisement, par les conditions des épontes, ou encore par les règlements en vigueur. De plus, chaque méthode d’exploitation comporte d’importantes caractéristiques qui lui sont propres, dont les dimensions des ouvertures, la sélectivité d’extraction et le con-trôle de la dilution et des pertes de minerai, comme le montre le Tableau 1.1 (Planeta et al., 2013).
Tableau 1.1 Caractéristiques des ouvertures, de sélectivité d’extraction et de contrôle de la dilution et des pertes pour quelques méthodes d’exploitation (Planeta et al., 2013)
24
Or, bien que ces paramètres soient a priori estimés et, par conséquent, inclus dans la con-ception de la mine au niveau de l’étude de faisabilité, de nombreuses études dans la littérature montrent qu’il y a des écarts importants entre les plans établis et la réalité des opérations minières. Cette situation est d’une importance critique parce que de tels écarts peuvent non seulement augmenter directement les coûts d’opération et d’opportunité qui impactent l’économie globale de la mine (Jang, 2014), mais ils menacent également le dé-roulement de l’extraction selon la séquence de minage prévue — l’un des facteurs qui assure la stabilité globale de la mine.
Il est ainsi essentiel de bien comprendre, outre la manière d’évaluer la performance tech-nique et économique des chantiers d’abattage, les origines et les sources de ces écarts opérationnels afin d’en établir des définitions claires, ce qui permettra de les gérer de ma-nière effective et appropriée. Dans ce sens, il va de soi que ce sont ces mêmes définitions et conditions qui font en sorte que la conception des chantiers d’abattage et les critères pour évaluer leur performance technique réalisée par rapport à celle planifiée varient d’une mé-thode à l’autre. La base de cette évaluation qualitative — performance technique « acceptable » ou « non-acceptable » — s’appuie normalement dans le registre statistique, que ce soit de l’opération en question ou bien de l’historique d’autres mines utilisant la même méthode d’exploitation dans des conditions géologiques et opérationnelles semblables.
Finalement, ce chapitre cherche à mettre en relief les limitations rencontrées, au niveau de l’opération minière, à l’heure d’évaluer la performance technique des chantiers d’abattage
25
sur la base des définitions qui se voient, aujourd’hui, limitées par rapport à toute l’information dont les équipes de géologie et d’ingénierie disposent. En effet, l’exploitation de gisements de plus en plus complexes, visant des horizons en grande profondeur avec des zones mi-néralisées très irrégulières et composées de lentilles disséminées ou de veinules éparpillées, comme le présentent deux mines collaborant dans ce projet (Goldcorp, 2014 ; IAMGOLD, 2012), fait preuve de la nécessité d’étudier les possibilités couvertes par les définitions courantes qui s’appliquent aux concepts de dilution et de pertes de minerai, tout autant que les limitations à l’évaluation de la performance technique des chantiers d’abat-tage qui peuvent en découler. Les lacunes qui seront identifiées tout au long de ce chapitre, en ce qui a trait à l’utilisation et aux possibles confusions engendrées par l’emploi de diffé-rentes méthodologies de calcul de la dilution opérationnelle, supportent tout à fait cette démarche. De ce fait, la dernière partie de ce chapitre démontre à quel point lesdites limita-tions justifient l’élaboration d’une méthodologie d’évaluation améliorée de la performance technique des chantiers d’abattage, dont l’application se verrait renforcée si son utilisation permet de comparer adéquatement et avec les mêmes éléments entre les différents niveaux miniers — faisabilité, planification, opération.
1.2 Méthode d’exploitation et séquences de minage
La méthode d’exploitation par chambres vides, telle que décrite et mentionnée dans le cha-pitre précédent, est l’une des plus répandues au Québec et au Canada : plus de 60% du minerai extrait par les mines souterraines canadiennes est exploité à l’aide d’une telle mé-thode (Planeta et Paraszczak, 2001), et correspond à celle qui est utilisée par les mines qui
26
ont collaboré dans ce projet (Goldcorp, 2014 ; IAMGOLD Corporation, 2012 ; Paré et Tur-cotte, 2013). En effet, aujourd'hui, l'industrie minière s'efforce de maximiser la production tout en minimisant le coût mais avec la plus grande sécurité possible. En conséquence, de plus en plus d'entreprises adoptent des méthodes d'exploitation minière souterraine en vrac et sans entrée, comme la méthode d’exploitation par chambres vides, qui peuvent être faci-lement mécanisées et automatisées (Szymanski et al., 2008).
Dans cette méthode, le gisement est divisé en chantiers de différentes dimensions, appelés « chambres », qui restent vides pendant l’extraction du matériel lors de l’étape de soutirage. L’exploitation est effectuée par l’abattage progressif de plusieurs tranches successives de minerai (Planeta, 2011). Selon le même auteur, de nombreuses classifications de la mé-thode existent en fonction de différents critères, mais l’une des plus utilisées est celle qui fait référence à la direction de la progression dudit abattage par rapport à la direction du gisement. Ainsi, lorsque la progression de l’abattage suit la direction du gisement, on est en présence des chantiers dits « longitudinaux », tandis que si la direction d’abattage est per-pendiculaire à la direction du gisement, on dit alors que les chantiers sont « transversaux ». La Figure 1.1 illustre ces deux variantes.
Il est à noter qu’il n’existe pas de puissance critique au-delà de laquelle les chantiers ne peuvent plus être exploités longitudinalement : celle-ci varie d’une mine à l’autre, notam-ment en fonction de la taille des équipenotam-ments disponibles — ce qui détermine la dimension des ouvertures minimales à excaver — et de la production journalière requise — ce qui régit
27
le nombre de chantiers devant être exploités simultanément. Les deux autres dimensions concernant le chantier d’abattage, soit la longueur et la hauteur, dépendent principalement de la forme géométrique du gisement et de la qualité du massif rocheux au niveau des épontes et du minerai (Planeta, 2011).
CHANTIER EN FORAGE
CHANTIER EN SOUTIRAGE
28
Figure 1.1 Vues longitudinale et transversale verticale des chantiers transversaux (en haut) et des chantiers longitudinaux (en bas) — exploitation par chambres vides Il convient de remarquer, suite à l’observation de la Figure 1.1, que les travaux de dévelop-pement dans le stérile sont beaucoup plus importants dans les chantiers extraits transversalement que pour ceux extraits longitudinalement. Un autre aspect crucial dans le cas d’un gisement exploité par chambres vides, dépendant de la variante de la méthode, est la séquence de minage, laquelle détermine la flexibilité de la mine en ce qui concerne le nombre de chantiers pouvant être exploités en même temps (Figure 1.2 et Figure 1.3).
En effet, lorsque les chantiers sont exploités transversalement, un premier chantier « 1 », dit primaire, est exploité pour débuter la séquence, puis remblayé et curé. Ensuite, un deu-xième chantier « 2 », primaire lui aussi, situé dans le niveau supérieur du chantier « 1 » et
CHANTIER EN FORAGE
CHANTIER EN SOUTIRAGE
29
sur ce dernier, est exploité à son tour, puis remblayé et curé. À continuation, deux chantiers primaires « 3 » peuvent être exploités en parallèle, séparés par un pilier (chantier secon-daire) du premier chantier exploité. On remarque que la séquence prend la forme d’une pyramide ascendante et continue avec l’exploitation des chantiers « 4 », « 5 » et « 6 », tous primaires. Par la suite, afin de respecter la pyramide, des chantiers se trouvant entre deux chantiers remblayés, dits secondaires, sont exploités à leur tour (chantiers « 7 », « 12 » et « 13 ») (se référer à la Figure 1.2 ci-après). Lorsque les chantiers sont exploités longitudi-nalement, un premier chantier « 1 » est exploité pour débuter la séquence, puis remblayé et curé. Ensuite, un deuxième chantier « 2 », adjacent du chantier « 1 », est exploité à son tour, puis remblayé et curé. À continuation, un nouveau chantier « 3 » peut être exploité. On remarque que la séquence prend la forme d’un triangle ascendant et continue avec l’exploi-tation des chantiers « 4 », « 5 » et « 6 », chacun d’entre eux devant être exploité séparément (se référer à la Figure 1.3 ci-après).
30
Figure 1.2 Séquence de minage pour les chantiers extraits transversalement avec la mé-thode d’exploitation par chambres vides (chantiers exploités numérotés en bleu ; chantiers
remblayés et curés, sans numéro et en marron)
13 13 12 12 8 9 10 11 11 10 9 3 1 6 2 3 5 5 6 7 7 4
31
Figure 1.3 Séquence de minage pour les chantiers extraits longitudinalement avec la mé-thode d’exploitation par chambres vides (chantiers exploités numérotés en bleu ; chantiers
remblayés et curés, sans numéro et en marron)
La réalité que décrivent les Figures 1.2 et 1.3 montre que c’est la variante longitudinale de la méthode qui offre le moins de flexibilité. En effet, l’exploitation d’un chantier requiert que celui ayant été extrait antérieurement soit complétement remblayé et curé. Ce processus de
4 3 2 6 5 7 8 9 10 1
32
remblayage a pour but d’accroître la stabilité, à savoir permettre une redistribution des con-traintes induites suite à l’ouverture d’une excavation souterraine. Pour cette raison, une mine exploitée avec des chantiers longitudinaux cherchera normalement à diviser le gise-ment en plusieurs unités d’exploitation afin d’avoir de nombreux fronts de travail. Il en découle que la séquence est un paramètre critique que les mines doivent respecter, non seulement parce que la production en dépend, mais aussi parce qu’elle assure une opéra-tion sécuritaire.
Or, une mauvaise estimation des pertes et de la dilution opérationnelles de minerai vient menacer le bon déroulement du séquençage prévu. En effet, les pertes opérationnelles de minerai diminuent le tonnage de matériel à soutirer du chantier, ce qui oblige à en préparer d’autres pour répondre aux besoins d’alimentation de l’usine de traitement. La dilution opé-rationnelle, quant à elle, augmente le tonnage à soutirer du chantier, ce qui oblige à le maintenir ouvert pour une période de temps plus longue, en augmentant la durée de vie de la mine sans aucune valeur supplémentaire ajoutée.
Le Tableau 1.2 ci-après présente un résumé des caractéristiques de la méthode de minage et des dimensions des chantiers des trois mines qui collaborent dans le projet.
33
Tableau 1.2 Caractéristiques des chantiers selon les variantes de la méthode d’exploita-tion par chambres vides utilisées par les mines à l’étude
Peu importe la variante de la méthode choisie, dès lors que ses caractéristiques ont été déterminées, son application, au niveau des chantiers, devient cyclique — les opérations unitaires sont facilement automatisables, dans le sens où la plupart des tâches techniques peuvent être exécutées totalement ou partiellement par de machines, évitant une interven-tion directe des travailleurs dans les lieux à risque potentiel.
Tout d’abord, le chantier devant être accessible aux niveaux supérieur et inférieur, les tra-vaux de développement sont donc la première étape du cycle. Ensuite, le forage, normalement de type longs-trous, commence la préparation du chantier pour le sautage selon un patron défini au préalable. Cette étape comprend également la réalisation d’une cheminée d’ouverture qui servira de face libre pour assurer le bon déroulement du sau-tage — cette opération est communément divisée en deux phases ou plus, afin de créer l’espace suffisant pour abriter le minerai qui, une fois détaché du massif rocheux, se foison-nera et augmentera son volume.
Mine Méthode de minage Hauteur des chantiers (m) Longueur des chantiers (m) Largeur des chantiers (puissance) (m) Goldcorp Éléonore
Méthode hybride entre chantiers londitudinaux et chantiers transversaux selon la géométrie du gisement. Chantiers longitudinaux principalement.
30 m Max. 25 m 2 - 7 m (longitudinal) 7 - 25 m (transversal) Iamgold Corporation Westwood
Méthode hybride entre chantiers longitudinaux et chantiers transversaux selon la géométrie du gisement. 20 m 15 - 20 m 2 - 6 m (longitudinal) 6 - 10 m (transversal) Mines Agnico Eagle
LaRonde
Méthode hybride entre chantiers longitudinaux et chantiers transversaux selon la géométrie du gisement. Chantiers transversaux principalement.
