de Perkoa, cas de la zone 310-400
Mémoire
Youmandja Thiombiano
Maîtrise en génie des mines - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
OPTIMISATION DE LA SÉQUENCE D’EXTRACTION À LA
MINE DE PERKOA, CAS DE LA ZONE 310-400.
Mémoire
Youmandja Thiombiano
Sous la direction de :
Stefan Planeta, directeur de recherche
Marcel Laflamme, codirecteur de recherche
RÉSUMÉ
Dans les opérations minières souterraines, la rentabilité et le niveau de sécurité dépendent également de la séquence d’extraction. Pour cela, cette dernière doit être constamment mise à jour, pour être adéquate et optimale.
Ce mémoire présente les résultats de l’étude d’optimisation de la séquence d’extraction à la mine de Zinc de Perkoa, au Burkina Faso. Toutefois, l’étude s’est basée sur l’exploitation de la lentille principale, dans la Zone 310-400 du gisement.
Au terme des travaux, une séquence pyramidale ascendante a été jugée favorable. Elle associera des chantiers transversaux et, longitudinaux primaires et secondaires, pour réduire le coût unitaire d’opération, tout en augmentant la flexibilité, ainsi que la productivité dans les chantiers d’abattage. Cependant, le sommet des pyramides et particulièrement, celui de la pyramide inversée dans la séquence, sera sous hautes contraintes induites. Par conséquent, un soutènement intensif du Toit des chantiers d’abattage et des épontes y est impératif.
ABSTRACT
Profitability and safety in underground mining operations also depend on stopes sequencing. Therefore, continuous update of a mining sequence makes it adequate and optimal.
This thesis presents the results of a study carried out to optimize the extraction sequence at Perkoa Zinc Mine, located in Burkina Faso. The study is focused on mining of the portion located between level 310 and level 400 in the main lense of the orebody.
This thesis proposes an ascendant pyramidal stoping sequence to mine this area. It also shows that a suitable combination of transverse and longitudinal primary and secondary stopes in the said sequence will reduce the operating cost, while increasing both flexibility and productivity. Nevertheless, accumulation of induced stresses will be observed on top of the pyramids. Particularly, the top of the inverse pyramids will be highly stressed. To enhance stability in such areas, a heavy ground support of backs and stopes walls is required.
TABLE DES MATIERES
RÉSUMÉ ... ii
ABSTRACT ... iii
TABLE DES MATIERES ... iv
LISTE DES FIGURES ... vii
LISTE DES TABLEAUX ... viii
SYMBOLES ET ABRÉVIATIONS ... ix
REMERCIEMENTS ... xi
Introduction générale ... 1
Introduction... 1
Définition de la problématique de l’étude ... 2
Les objectifs visés et les hypothèses avancées ... 4
La pertinence et la particularité de l’étude ... 4
La méthodologie adoptée ... 6
La structure du mémoire ... 6
Les aspects généraux sur la mine de Perkoa. ... 7
La localisation de la mine ... 7
Le climat de la zone abritant le site minier ... 8
La végétation de la zone minière ... 8
L’hydrographie et l’hydrogéologie de la région du centre-ouest ... 8
L’historique de la mine de Perkoa ... 9
Le contexte géologique et les caractéristiques du gisement ... 10
La géologie de la région ... 10
La géologie et les caractéristiques du gisement ... 11
Les données géomécaniques ... 12
La méthode d’exploitation par chambre vides appliquée à la mine de Perkoa ... 14
Conclusion ... 15
Chapitre 1 : Revue de la littérature ... 16
1.1 Introduction... 16
1.2 La place et le rôle de la séquence d’extraction dans la planification minière ... 16
1.3 Les différentes séquences d’exploitation ... 18
1.3.1 La séquence d’exploitation descendante ... 18
1.3.2 La séquence d’exploitation ascendante ... 19
1.3.3 Les séquences d’exploitation mixtes ... 20
1.3.3.1 La séquence A ... 21
1.3.3.3 La séquence C ... 23
1.4 La séquence primaire et la séquence primaire et secondaire ... 23
1.4.1 La séquence d’extraction primaire ... 24
1.4.2 La séquence d’extraction primaire et secondaire ... 26
1.5 Conclusion ... 27
Chapitre 2 : Estimation des ressources et réserves minérales de la Zone 310-400 ... 30
2.1 Introduction... 30
2.2 La définition de la ressource minérale ... 30
2.3 La classification des ressources minérales ... 30
2.3.1 Les ressources minérales inférées ... 31
2.3.2 Les ressources minérales indiquées ... 31
2.3.3 Les ressources minérales mesurées ... 32
2.4 Les catégories de réserves minérales ... 32
2.4.1 La définition de la réserve minérale ... 32
2.4.2 Les facteurs de conversion des ressources en réserves minérales ... 32
2.4.3 La classification des réserves minérales ... 33
2.5 La détermination des ressources minérales de la Zone 310-400 ... 34
2.5.1 Les caractéristiques générales de la minéralisation ... 35
2.5.2 Les ressources minérales de la Zone 310-400 ... 36
2.5.2.1 Les ressources minérales présumées ... 36
2.5.2.2 Les ressources minérales indiquées ... 37
2.6 La détermination des réserves minérales de la Zone 310-400 ... 38
2.6.1 Les principaux facteurs de conversion ... 38
2.6.2 La méthodologie d’estimation de la réserve minérale ... 44
2.6.3 Les réserves minérales estimées ... 46
2.7 Conclusion ... 49
Chapitre 3 : Élaboration et évaluation de la séquence d’extraction. ... 51
3.1 Introduction... 51
3.2 La conception des chantiers d’abattage ... 51
3.2.1 Les données requises pour la conception des chantiers d’abattage ... 52
3.2.2 Les données géologiques ... 52
3.2.3 Les données géotechniques ... 53
3.2.4 Les autres données indispensables ... 53
3.3 La conception des chantiers transversaux et longitudinaux de la Zone 310-400 ... 54
3.3.1 La conception des chantiers transversaux ... 54
3.3.1.1 Le dimensionnement des chantiers transversaux ... 55
3.3.2.1 Le dimensionnement des chantiers longitudinaux ... 62
3.4 Les travaux préparatoires de la Zone 310-400 ... 64
3.4.1 Les travaux préparatoires dans le stérile et le minerai ... 64
3.5 Le temps des opérations du cycle d’exploitation ... 66
3.5.1 Le temps des opérations de forage-sautage ... 68
3.5.2 Le temps de soutirage-transport par chargeuse navette ... 71
3.5.3 Le temps de remblayage ... 75
3.6 Élaboration de la séquence d’extraction de la Zone 310-400 ... 78
3.6.1 Les critères d’élaboration de la séquence de la Zone 310-400 ... 79
3.6.1.1 La séquence pyramidale de la Zone 310-400 ... 80
3.6.1.2 Les aspects économique et sécuritaire de la séquence proposée ... 82
3.7 Conclusion : ... 88
Conclusions générales ... 90
Introduction... 90
Les différents travaux réalisés ... 90
Discussion des résultats ... 91
Les ressources et les réserves minérales de la Zone 310-400 ... 91
Le volume des travaux préparatoires et le coût unitaire d’opération ... 92
La productivité et le niveau de sécurité de la séquence ... 92
Les limites de l’étude ... 94
Conclusion ... 94
BIBLIOGRAPHIE ... 96
ANNEXE A : Temps de creusement des travers banc et galeries des chantiers ... 101
ANNEXE B : Temps de forage des chantiers du niveau 340 au niveau 400 ... 103
ANNEXE C : Temps de sautage ou d’abattage des chantiers du niveau 340 au niveau 400 ... 104
ANNEXE D : Temps de cycle de la chargeuse navette dans les niveaux 340, 370 et 400 ... 105
ANNEXE E : Production journalière et temps de soutirage dans les niveaux 340, 370 et 400 ... 106
ANNEXE F : Reconstitution des tonnages des phases de planification et de réalisation minière ... 107
ANNEXE G : Reconstitution des volumes à remblayer du niveau 340 au niveau 400 ... 108
ANNEXE H : Temps de remblayage des vides d’exploitation aux niveaux 340, 370 et 400 ... 109
ANNEXE I : Temps total d’exploitation des chantiers des niveaux 340, 370 et 400 ... 110
ANNEXE J : Données sur les discontinuités de l’éponte supérieure (Nantou Mining, 2016) ... 111
ANNEXE K : Données sur les discontinuités de l’éponte inférieure (Nantou Mining, 2016) ... 114
LISTE DES FIGURES
Figure I. 1 : Séquence d’exploitation descendante ... 3
Figure I. 2: Séquence d’exploitation ascendante envisagée. ... 4
Figure I. 3: Unités géologiques du Burkina Faso et localisation de la mine (Nantou Mining, 2016) ... 11
Figure I. 4: Section transversale verticale des caractéristiques du gisement (Nantou Mining, 2016) . 13 Figure 1. 1: Séquence d’exploitation descendante au moyen d’un puits ou d’une rampe d’accès ... 19
Figure 1. 2: Séquence d’exploitation ascendante au moyen d’un puits d’accès ... 20
Figure 1. 3: Séquences d’exploitation A1 et A2, modifié (Gamar, 2000) ... 22
Figure 1. 4: Séquence d’exploitation de type B, modifié (Gamar, 2000) ... 22
Figure 1. 5: Séquence d’exploitation de type C, modifié (Gamar, 2000) ... 23
Figure 1. 6: Séquence d’exploitation en chassant (Morrison, 1995 ; Villaescusa, 2003) ... 24
Figure 1. 7: Séquence primaire rabattant vers le centre du gisement (Villaescusa, 2003) ... 25
Figure 1. 8: Méthode Avoca pour l’exploitation des chantiers longitudinaux, modifié (Anonyme) ... 26
Figure 1. 9: Blocs de chantiers primaires et de chantiers secondaires (Ghasemi, 2012) ... 27
Figure 2. 1: Catégorie de ressources et réserves minérales, modifié (CIM, 2014 ; SME, 2014) ... 34
Figure 2. 2: Diagramme de répartition des blocs par intervalle de puissance dans la Zone 310-400 35 Figure 2. 3: Histogramme de tonnage et courbe de teneur des ressources minérales présumées ... 37
Figure 2. 4: Histogramme de tonnage et courbe de teneur des ressources minérales indiquées ... 38
Figure 2. 5: Méthodologie d’estimation de la réserve minérale, modifié (Planeta et al. ,2013) ... 45
Figure 2. 6: Méthodologie pour estimer la réserve minérale avec le RNF (Planeta et al. ,2013) ... 46
Figure 2. 7: Histogramme de tonnage et courbe de teneur des réserves minérales par niveau ... 49
Figure 3. 1: Qualité du massif vs puissance des chantiers transversaux, (Potvin et Hudyma, 2000) 55 Figure 3. 2: Abaque indiquant les différentes zones de stabilité des chantiers,(Nickson. ,1992) ... 56
Figure 3. 3: Répartition des discontinuités de l’éponte supérieure par classe de pendage ... 58
Figure 3. 4: Répartition des discontinuités dans le minerai par classe de pendage ... 59
Figure 3. 5: Facteur d’orientation des joints selon l’angle de la paroi et le joint, (Potvin, 1988) ... 59
Figure 3. 6: Abaque indiquant le domaine de stabilité des chantiers transversaux, (Nickson. ,1992) 61 Figure 3. 7: Qualité du massif et puissance de chantiers longitudinaux (Potvin et Hudyma, 2000) ... 62
Figure 3. 8: Abaque indiquant la zone de stabilité des chantiers longitudinaux (Nickson, 1992) ... 64
Figure 3. 9: Plan typique envisagé pour un niveau d’exploitation ... 66
Figure 3. 10: Courbe du temps de cycle de la chargeuse en fonction de la distance ... 73
Figure 3. 11: Configuration de l’étape 11 de la séquence pyramidale ascendante ... 81
Figure 3. 12: Configuration de l’étape 16 de la séquence pyramidale ascendante ... 82
Figure 3. 13: Tonnage et teneur des étapes de la séquence pyramidale ascendante ... 84
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I. 1: Indice du massif rocheux des épontes et du minerai (Nantou Mining, 2016). ... 12
Tableau I. 2: Les propriétés mécaniques des épontes et du minerai (Nantou Mining, 2016). ... 13
Tableau I. 3: Données sur les propriétés mécaniques du remblai rocheux (Nantou Mining, 2016) ... 14
Tableau 2. 1: Répartition des blocs par intervalle de puissance dans la Zone 310-400... 35
Tableau 2. 2: Tonnage et teneur des ressources minérales présumées ... 37
Tableau 2. 3: Tonnage et teneur des ressources minérales indiquées ... 38
Tableau 2. 4: Estimation du stérile planifié par reconstitution du TV des chantiers exploitées ... 42
Tableau 2. 5: Détermination de la dilution, des pertes opérationnelles et du recouvrement ... 43
Tableau 2. 6: Prix moyen du Zinc entre janvier 2016 et juillet 2016 ... 44
Tableau 2. 7: Coût unitaire d’opération calcule par niveau pour la Zone 310-400 ... 44
Tableau 2. 8: Facteurs techniques d’exploitation et de traitement considérés pour la conversion ... 47
Tableau 2. 9: Facteurs économiques à considérer pour la conversion ... 47
Tableau 2. 10: Inventaire des réserves minérales par niveau ... 49
Tableau 3. 1: Compétence épontes et du minerai dans la Zone 310-400 (Nantou Mining, 2016). .... 57
Tableau 3. 2: Facteur des contraintes de l’éponte supérieure et du toit ... 58
Tableau 3. 3: Facteur de gravite de l’éponte supérieure et du toit ... 60
Tableau 3. 4: Indice de stabilité de l’éponte supérieure et du toit ... 60
Tableau 3. 5: Rayon hydraulique de l’éponte supérieure et du toit ... 60
Tableau 3. 6: Facteur des contraintes A du toit des chantiers longitudinaux ... 62
Tableau 3. 7: Facteurs d’orientation et de gravité B et C du toit des chantiers longitudinaux ... 63
Tableau 3. 8: Indice de stabilité du toit des chantiers longitudinaux ... 63
Tableau 3. 9: Rayons hydrauliques de l’éponte supérieure et du toit des chantiers longitudinaux .... 63
Tableau 3. 10: Synthèse des travaux préparatoires dans le stérile et dans le minerai... 65
Tableau 3. 11: Synthèse des coûts des travaux préparatoires dans le stérile et dans le minerai ... 67
Tableau 3. 12: Estimation de la durée effective du quart de travail de la mine ... 67
Tableau 3. 13: Temps de forage des chantiers du niveau 310 ... 69
Tableau 3. 14: Estimation du temps de cycle des travaux d’abattage, modifié (Liu et Ellis, 2001) .... 70
Tableau 3. 15: Estimation du temps de charge par mètre linéaire de trou ... 70
Tableau 3. 16: Détermination du temps de sautage des chantiers du niveau 310 ... 71
Tableau 3. 17: Temps des principales actions et manœuvres de la chargeuse ... 72
Tableau 3. 18: Temps de cycle de la chargeuse navette ... 73
Tableau 3. 19: Tonnage journalier et temps de soutirage des chantiers du niveau 310 ... 75
Tableau 3. 20: Reconstitution des tonnages de la planification et de la réalisation au niveau 310 .... 77
Tableau 3. 21: Reconstitution du volume des vides à remblayer au niveau 310 ... 77
Tableau 3. 22: Temps de remblayage des chantiers du niveau 310 ... 78
Tableau 3. 23: Temps total d’exploitation des chantiers du niveau 310 ... 78
Tableau 3. 24: Productivité de la phase 1 de la séquence pyramidale ascendante ... 83
SYMBOLES ET ABRÉVIATIONS
c. : résistance à la compression uniaxiale
tm. : teneur moyenne
$/t. : dollars canadiens par tonne de tout-venant %. : pourcentage
A. : facteur des contraintes
B. : facteur de l'orientation des joints
BUMIGEB. : bureau des mines, et de la géologie du Burkina BUVOGMI. : bureau voltaïque de la géologie, et des mines C. : facteur de gravité
CO. coût unitaire moyen d'opération Cu. : charge utile de la chargeuse df. : densité foisonnée du tout-venant Ei. : propriété élastique de la roche intacte f’. : facteur de remplissage du godet fd1. : facteur de dilution planifié
fd2. : facteur de dilution opérationnelle
FRM. : facteur de recouvrement des réserves minérales GPa. gigapascal
GSI. indice de la résistance
Hmax. : contrainte horizontale majeure
Hmin. : contrainte horizontale mineure
HR. : rayon hydraulique ou quotient entre la surface et le périmètre ICM. : Institut canadien des mines, de la métallurgie et du pétrole Ja. : nombre indiquant l’altération des joints
Jn. : nombre de familles des joints
JORC Code. : "Joint Ore Reserves Committee Code" Jr. : nombre indiquant la rugosité des joints
kg/m³). kilogramme par mètre cube km/h. kilomètre par heure
km2. : kilomètre carré, : kilomètre carré
m. : mètre m2. mètre-carré
mi. : valeur constante mm. : millimètre MPa. : mégapascal
MPE. : minerai planifié à extraire
MSHA. : Mine Safety and Health Administrartion N’. indice de stabilité
NI 43-101. : norme canadienne 43-101 fixant les définitions et lignes directrices sur les ressources et les réserves minérales
NSR. :"net smelter return" ou équivalent du RNF
o. : degré
PNUD. : programme des nations unies pour le développement Q. indice de classification de la qualité du massif rocheux de Barton Ri. : revenu initial du concentré
RI. : retour sur investissement RMR. : "rock mass rating"
RNCan. : "Ressources naturelles Canada" RNF. : revenu net après affinage
RQD. : la qualité du massif rocheux RR. : remblai rocheux
RRC. : remblai rocheux cimenté
SAMREC. :"South African Code for the Reporting of Mineral Resources and Mineral Reserves" SME,. "Society for Mining, Metallurgy and Exploration"
tc. : teneur de coupure
TRI. : taux de rendement interne VAN. : valeur actualisée nette VAP. : valeur actualisée des profits Vg. : volume du godet de la chargeuse
Zn. Zinc
σc. : résistance à la compression
REMERCIEMENTS
Je remercie sincèrement mon Directeur de recherche, le Professeur Stefan Planeta. Son expertise dans l’exploitation minière souterraine, ainsi que son encadrement et ses conseils, m’ont été bénéfiques à plus d’un titre. Je remercie également, le Professeur Marcel Laflamme, codirecteur de recherche, qui a efficacement contribué à travers une constante disponibilité, des apports techniques variés, des enseignements et divers appuis, qui nous ont permis de mener ce projet à terme.
Aussi, voudrai-je humblement exprimer toute ma gratitude, au Professeur Konstantinos Fytas et sa famille, pour leurs soutiens multiples et multiformes. Professeur, les échanges motivants et l’amitié que vous m’avez faite, ont rendu agréable mon séjour au Québec tout en fortifiant mes convictions.
Par ailleurs, je remercie le Directeur Général de la compagnie Nantou Mining SA et ses proches collaborateurs, pour les données fournies et le soutien financier.
Dans la même logique, j’adresse mes remerciements à l’Ambassade du Burkina Faso au Canada, à ses services techniques et à ses partenaires dont le CIOSPB, pour la bourse qui m’a été octroyée.
Je ne saurai oublier ma famille qui a toujours été à mes côtés, me soutien et m’encourage quotidiennement dans mes projets et dans les épreuves de la vie.
Enfin, à tous mes collègues de bureau et à mes amis, je dis merci pour les fructueuses conversations techniques et/ou les agréables moments passés avec vous et vos familles.
Je dédie particulièrement ce travail : À la mémoire de mon père.
À la mémoire de mon frère Imorou Thiombiano et à celle de la tante Arzouma, décédés à mon absence. À ma fille Kanfiénie Bonifacia Thiombiano, pour ces deux années passées loin d’elle.
À ma mère et à ma tante. À mon frère et à mes sœurs.
Introduction générale Introduction
Les projets miniers ont des caractéristiques spécifiques. Ils ont un niveau de risque élevé et requièrent d’importants investissements (Planeta et al. ,1998 ; Gamar, 2000 ; Morin, 2002 ; Archambeault, 2006). Les aspects technico-économiques, la sécurité et, la protection de l’environnement sont leurs principaux indicateurs. Néanmoins, ces indices de performance varient selon les stratégies et plans miniers d’extraction adoptés.
Ces derniers intègrent plusieurs éléments dont, la méthode d’exploitation, la séquence d’extraction, l’échéancier des travaux, l’évaluation de la rentabilité des opérations et, la gestion des risques y associés (Kuchta et al. ,2004).
Par définition, la méthode d’exploitation est l'ordre établi, pour réaliser les travaux préparatoires et de production, dans les conditions naturelles d'un gisement donné. Elle dépend des caractéristiques du gisement à exploiter et, a une influence sur la conception des chantiers d’abattage (Morin, 2002). Par contre, la séquence d’extraction définit l’ordre d’extraction du minerai des chantiers d’abattage, tandis que, l’échéancier fixe la chronologie des travaux de développement et d’exploitation. Toutefois, ces différents éléments sont interdépendants de tout point de vue.
Malgré cette interdépendance, dans la pratique minière, des séquences d’extraction différentes peuvent être associées à une méthode d’exploitation. Ainsi, dans la méthode d’exploitation par chambres vides, il est connu que les séquences d’extraction sont majoritairement constituées, en associant des chantiers transversaux primaires-secondaires, aux chantiers longitudinaux primaires retraités. Cette combinaison a un impact certain sur les performances économiques, ainsi que sur le niveau de sécurité et, l’empreinte environnementale des opérations d’extraction minière souterraine.
En effet, la séquence d’extraction est fondamentale pour atteindre, de manière sécuritaire et économique, les objectifs de production escomptés (Villaescusa, 2003). Les aspects sécuritaires consistent surtout, à préserver la santé et la sécurité des travailleurs. Le volet économique associe la rentabilité des opérations et la protection de l’environnement. Pour réaliser ces différents objectifs clés, il est impératif que la séquence d’extraction soit optimale du point de vue économique (minimiser la dilution et la perte de minerai, voir même du chantier, à cause d’une qualité basse de massif ou de contraintes induites élevées) tout en assurant la stabilité globale des chantiers et de la mine à travers,
une meilleure redistribution des contraintes de terrain (Planeta et al. ,1998). Elle doit aussi minimiser l’empreinte environnementale des opérations requises. Cette spécificité des séquences d’extraction exige donc, que celles-ci soient adaptées et bien évaluées avant toute application.
Dans cette logique, la modélisation numérique, au moyen des logiciels de simulation tels que Phase 2, permet d’étudier la réponse ou le comportement du massif rocheux, lorsque le champ des contraintes naturelles est perturbé par l’ouverture d’excavations souterraines. Plus exactement, l’analyse et l’interprétation des modèles numériques 2D ou 3D de simulation couramment réalisés avec ces logiciels, permettent d’évaluer la redistribution des contraintes induites par l’application d’une séquence d’extraction et de délimiter les zones de ruptures potentielles.
Par ailleurs, au-delà des critères classiques d’évaluation économique des projets, à savoir la valeur actualisée nette (VAN) et le taux de rendement interne (TRI), la valeur actualisée des profits (VAP) a permis d’évaluer l’impact économique de la dilution et des pertes de réserves sur la rentabilité minière (Djelloud, 1998 ; Ibarra-Gutierrez et al. , 2016).
Le présent projet s’inscrit dans une dynamique d’optimisation des plans d’extraction à la mine de Zinc de Perkoa, au Burkina Faso. Cette optimisation concerne la séquence d’extraction de la lentille principale de la Zone 310-400 du gisement en cours d’exploitation.
Ce mémoire restitue les travaux dudit projet et est scindé en trois (3) chapitres. Dans cette partie qui fait office d’introduction générale, la problématique et les hypothèses émises sont d’abord évoquées. Ensuite, la pertinence, ainsi que la particularité de l’étude sont présentées. Enfin, la méthodologie adoptée et la structure du mémoire sont décrites, avant que la présentation générale de la mine ne boucle cette partie introductive.
Définition de la problématique de l’étude
L’accès au gisement de Perkoa par la rampe a favorisé l’application de la séquence d’exploitation descendante illustrée ci-dessous. L’entame rapide de la production dès janvier 2013 et les coûts d’infrastructures primaires souterraines assez modestes, en ont été les atouts majeurs. Entre temps, l’exécution simultanée des travaux d’exploitation et de développement de la mine par le contractuel minier, a suscité des contraintes budgétaires et opérationnelles. Ces contraintes, associées à la baisse du prix du Zinc, ont entraîné l’arrêt des travaux de développement. Néanmoins, l’exploitation des chantiers d’abattage de la partie supérieure s’est poursuivie jusqu’au niveau 280 m de profondeur,
avec des coûts d’opération élevés. Ces facteurs conjugués ont induit des écarts vis-à-vis des plans d’extraction initiaux et cela a entamé la rentabilité du projet.
Figure I. 1 : Séquence d’exploitation descendante
Fort heureusement, avec la remontée du prix du Zinc, les travaux de développement ont repris. Toutefois, une séquence d’exploitation ascendante est désormais envisagée. Son application débute dans la Zone située entre 300 m et 400 m de profondeur. Ce changement de la séquence d’exploitation pose la problématique de la séquence d’extraction, en terme de productivité, de sécurité et de coût, vue que le budget des travaux préparatoires au stérile était élevé dans les parties supérieures. En plus, la géométrie du gisement à cette profondeur est favorable à l’extraction par chantiers transversaux et longitudinaux. Dans ce contexte, la conception et le dimensionnement de ces potentiels chantiers, nécessitent une investigation sur leur stabilité. Par ailleurs, les chantiers longitudinaux sont habituellement exploités sans piliers, en rabattant (séquence primaire entamée à partir d’une extrémité d’un gisement). De ce fait, le nombre de chantiers simultanément exploitables est réduit, causant ainsi des contraintes en ce qui concerne la flexibilité et la productivité (Henning, 2007). L’introduction des méthodes Avoca et Avoca modifié comme alternative, n’est pas venu à bout de ces insuffisances majeures car, habituellement, ces méthodes imposent aussi une direction d’abattage longitudinale et, l’usage de remblai rocheux accroit la dilution qui affecte la rentabilité des opérations minières.
Figure I. 2: Séquence d’exploitation ascendante envisagée.
Les objectifs visés et les hypothèses avancées
L’étude a deux objectifs principaux à savoir, d’une part, l’élaboration d’une séquence d’extraction ascendante pratique, nécessitant moins de travaux préparatoires au stérile, et adaptée aux caractéristiques géométriques et géotechniques de la Zone 310- 400 du gisement de Perkoa.
D’autre part, l’étude vise à accroître la flexibilité et la productivité dans l’exploitation des chantiers longitudinaux primaires. Pour atteindre ces objectifs, les hypothèses suivantes ont été formulées :
La séquence pyramidale ascendante, associant des chantiers transversaux et longitudinaux primaires-secondaires, est adéquate pour l’exploitation de la Zone 310- 400.
Deux directions d’abattage convergeant vers un chantier central, induiront plus de flexibilité et de productivité dans les chantiers longitudinaux primaires. Dans ce cas, le chantier central deviendra un chantier secondaire et, les contraintes induites y seront importantes.
La pertinence et la particularité de l’étude
Ce projet est réalisé dans le cadre de l’exploitation d’une mine souterraine. Les risques économiques et surtout sécuritaires sont très élevés (Rwodzi, 2011) car, il s’agit de l’une des activités les plus à risque du secteur minier. Le taux de mortalité y est également élevé (Iramina et al. ,2014). Cette forte mortalité est liée aux accidents causés par plusieurs facteurs dont les chutes de roches et les coups de terrains.
A ce titre, en 2006, Mine Safety and Health Administrartion (MSHA) a estimé qu’environ, soixante-quinze pourcent (75%) des décès en mines souterraines, étaient causés par les chutes de roches (Iramina et al. ,2014).
Par exemple, au Pérou, entre les années 2000 et 2007, un total de cent soixante-trois (163) cas d’accidents mortels liés aux chutes de roches ont causé en tout, cent quatre-vingt-un (181) décès et, dans cette même période, ce type d’accidents et les fatalités associées, y étaient les plus élevés (Iramina et al. ,2014).
Aussi, les statistiques de l’année 1999 en Afrique du Sud, dénombrent-elles trois cent douze (312) cas de décès en mines dont, quarante-trois pourcent (43%) liés aux chutes de roches et aux coups de terrain (Koldas, 2001). L’investigation, menée sur un échantillon de vingt-cinq (25) cas d’accidents, avait conclu qu’une mauvaise pratique minière et, une mauvaise conception du soutènement et des plans miniers, figuraient parmi les causes de ces accidents mortels (Koldas, 2001).
Cependant, au Canada, les bonnes pratiques minières, le bon contrôle des terrains, ainsi que le respect des normes en matière de santé-sécurité au travail, associés aux innovations technologiques, permettent de prévenir les risques et fatalités liés à l’exploitation minière souterraine.
En outre, comparé au cas sud-africain, aucune fatalité liée aux problèmes de terrain n’a été enregistrée à la mine de Perkoa. Toutefois, de mauvaises pratiques minières ou une séquence d’extraction inadéquate, peuvent y causer des chutes de roches qui pourraient aussi être sources de fatalités.
Du point de vue économique, les risques auxquels est exposée l’industrie minière sont multiples. Ils sont relatifs aux fluctuations quotidiennes du prix des métaux, aux coûts d’investissement et de production qui dépassent souvent les prévisions, ainsi qu’aux taxes et impôts (Gamar, 2000 ; Archambeault, 2006 ; Allard, 2007). Dans une telle situation, une séquence d’extraction adéquate, couplée au suivi des opérations courantes, assure la maximisation des revenus, le contrôle des coûts et budgets, ainsi que l’augmentation du niveau de sécurité offerte aux mineurs sous terre.
Enfin, une séquence d’extraction est stratégique dans les opérations minières souterraines. Cela exige qu’elle soit choisie de façon optimale avant toute application. De tout ce qui précède, cette étude revêt un intérêt économique et sécuritaire certain pour les opérations minières souterraines. La particularité de cette étude réside dans l’estimation de la VAP et, l’évaluation de la trajectoire des contraintes
induites, pour justifier l’adéquation d’une séquence pyramidale ascendante, réalisée au moyen des chantiers transversaux et longitudinaux primaires-secondaires.
La méthodologie adoptée
Pour bien mener cette étude, des données quantitatives et qualitatives ont d’abord été collectées. Ces dernières proviennent de la mine de Perkoa, ainsi que de quelques rapports techniques d’études de faisabilité de mines canadiennes. De même, des mémoires et articles scientifiques ont été intégrés en vue de disposer d’informations pertinentes. Un cadre théorique a également été défini et, il s’agit d’une série de formules et méthodes empiriques, couramment appliquées dans l’industrie minière.
Ensuite, à partir des données de planification et d’exploitation des chantiers de la partie supérieure de la mine de Perkoa, les paramètres techniques de la réalisation minière (la dilution et les pertes opérationnelles) ont été évaluées. Suite à cela, les ressources minérales et les réserves minérales de la Zone 310- 400 ont été inventoriées.
Enfin, la conception et le dimensionnement des chantiers transversaux et longitudinaux, suivis par l’estimation du temps de cycle d’exploitation, a permis de bâtir une séquence d’extraction pyramidale ascendante et d’en analyser les aspects économiques et sécuritaires, à travers le critère de la VAP et la trajectoire des contraintes induites autour des chantiers d’abattage.
La structure du mémoire
Le présent mémoire traite de l’élaboration d’une séquence pyramidale ascendante à la mine de Perkoa et aborde ses aspects économiques et sécuritaires. Les travaux réalisés dans ce cadre sont répartis ainsi qu’il suit :
Une introduction générale qui présente les généralités sur l’étude. Elle renseigne sur plusieurs éléments clés qui sous-tendent le projet. Il s’agit notamment, de la problématique, des objectifs et hypothèses avancées, ainsi que de la pertinence et de la singularité de l’étude menée. La structure du mémoire, tout comme la méthodologie adoptée et les généralités sur la mine de Perkoa y sont décrites.
Le premier chapitre a trait à la revue de la littérature. Dans cette partie, les objectifs, les horizons et les tâches de la planification minière sont d’abord définis afin de mieux la corréler au processus de réalisation d’une séquence d’extraction. Ensuite, les atouts et les contraintes relatives à l’extraction par
chantiers transversaux et longitudinaux sont illustrés. Enfin, les séquences optimales utilisées dans les mines canadiennes appliquant la méthode d’exploitation par chambres vides, y sont succinctement évoquées.
Le deuxième chapitre concerne l’estimation des ressources minérales et des réserves minérales de la Zone 310- 400. Dans ce chapitre, les paramètres techniques de la dilution opérationnelle et des pertes opérationnelles sont évaluées. Et, à travers une méthodologie d’estimation de la réserve minérale, les chantiers économiques ont été identifiés, pour que soient calculées les réserves minérales de chaque niveau de production dans la zone d’étude. Cette méthodologie intègre les recommandations de la norme NI 43-101, de l’Institut canadien des mines, de la métallurgie et du pétrole (CIM).
Le troisième chapitre se base sur les propriétés géotechniques, les méthodes empiriques et divers abaques, pour initialement concevoir et dimensionner les chantiers d’abattage. Par la suite, un plan typique de production permettant de surmonter les contraintes de flexibilité et de productivité dans les chantiers longitudinaux primaires, y a été conçu. L’étendue des travaux préparatoires y est parallèlement évaluée. En outre, ce chapitre traite du temps d’exploitation des chantiers, ainsi que de la séquence d’extraction proposée pour la lentille principale de la Zone 310-400. Il en analyse la rentabilité et les aspects sécuritaires, tout en faisant ressortir les insuffisances de la modélisation numérique 2D faite avec le logiciel Phase 2.
Enfin, l’ensemble des travaux menés a été résumé. Une discussion des résultats y est proposée et des perspectives ont été émises, vue certaines limites de l’étude. Cette partie constitue donc la conclusion générale de l’étude et du présent mémoire.
Les aspects généraux sur la mine de Perkoa.
La localisation de la mine
Le site minier est localisé dans la province du Sanguié, au centre-ouest du Burkina Faso. Il est situé à environ 145 km de la capitale Ouagadougou. Globalement, l’accès au site se fait par voies bitumées et, par routes en terre battue sur une distance d’environ huit kilomètres 8 km.
Le climat de la zone abritant le site minier
La province du Sanguié couvre une superficie de cinq mille cent-soixante-cinq kilomètres carrés (5 165 km2). Le climat nord soudanien y prévaut, avec une longue saison sèche (octobre à mai) et une courte
saison pluvieuse (juin à septembre). La saison sèche est dominée par les vents d’harmattan qui soufflent d’octobre à avril. Il s’agit des vents secs et frais (octobre à février) et des vents secs et chauds (mars à avril).
La saison pluvieuse est marquée par la mousson, c’est-à-dire, un flux d’air humide qui souffle de mai à septembre. Mais, les périodes de plus grandes pluies sont les mois de juillet et août. Toutefois, la pluviométrie moyenne annuelle varie entre 700 mm et 1000 mm.
Avec ces conditions climatiques, les plus basses températures (12 oC) sont généralement enregistrées
dans les mois de décembre et janvier tandis que les plus élevées (38 oC) couvrent la période de mars
à mai.
La végétation de la zone minière
Dans le Sanguié, la végétation consiste majoritairement en une savane arbustive, caractéristique du climat nord soudanien. Cette formation végétale renferme des formations mixtes d’arbustes ne dépassant pas sept mètres (7 m) de hauteur. Accessoirement, tout au long des cours d’eau de la zone, des forêts galeries sont aussi observables.
L’hydrographie et l’hydrogéologie de la région du centre-ouest
De façon générale, la région du centre-ouest a un réseau hydrographique constitué de bas-fonds, des fleuves Mouhoun et Nazinon, ainsi que leurs affluents. Aussi, un total de cent quatre-vingt-dix (190) barrages et retenues ont-ils été aménagés dans la région. Et, la province du Sanguié dispose d’environ trente-quatre pourcent (34%) des plans d’eau de toute la région.
En ce qui concerne les ressources en eaux souterraines, les potentialités varient selon les éléments géomorphologiques rencontrés. Cependant, les provinces du Sanguié, de la Sissili et du Ziro regorgent d’importantes réserves en eaux souterraines. La nappe phréatique y est accessible à environ vingt mètres (20 m) de profondeur.
L’historique de la mine de Perkoa
Le gisement de Zinc en cours d’exploitation à Perkoa a été découvert dans les années 1982 (Schwartz et Melcher, 2003), suite aux travaux de prospection géochimique et géophysique régionale. Le bureau voltaïque de la géologie, et des mines (BUVOGMI), et le programme des nations unies pour le développement (PNUD), dirigeaient alors les travaux. L’actuel bureau des mines, et de la géologie du Burkina (BUMIGEB) est justement né des cendres du BUVOGMI.
Après cette campagne d’envergure, des travaux additionnels ont été menés sur le gisement par plusieurs compagnies dont, Boliden, Billiton et Blackthorn Resources. Dans le cadre de ces investigations complémentaires, plus d’une centaine de sondages carottés, totalisant plus de trente mille mètres (30 000 m) ont été effectués. Ces intenses travaux ont abouti à une meilleure connaissance du gisement et à une bonne évaluation des ressources minérales délimitées.
Cependant, à l’issue de l’évaluation, les promoteurs que sont Boliden (1992-1994) et Billiton (1997-1999) n’avaient pu justifier la rentabilité du projet. En effet, les cours du Zinc étaient bas et la fiscalité minière du Burkina Faso n’était pas assez compétitive. Par conséquent, aucune décision d’investissement n’avait été immédiatement entreprise.
Fort heureusement, à partir de janvier 2005, la minière australienne Blackthorn Resources Limited manifesta son intérêt pour le projet mis en instance. Elle mit en place sa filiale Nantou Mining SA dont le siège social est à Ouagadougou, au Burkina Faso.
Avec Blackthorn Resources Limited, la remontée du prix du Zinc a motivé l’entame d’une étude de faisabilité technico-économique, pour exploiter le gisement. Conjointement, une étude d’impact environnemental et social avait aussi été entreprise. Ces études simultanées ont permis de justifier la rentabilité du projet.
Dans le mois de mars de l’année 2007, le ministère en charge des mines au Burkina Faso délivrait à la compagnie Blackthorn Resources Limited, un permis d’exploitation minière souterraine industrielle, pour le projet Perkoa. L’acquisition dudit permis a rendu possible, le lancement officiel des travaux de construction de la mine dès le 26 mars de la même année.
Malheureusement, en juillet de l’année 2008, la société a dû suspendre les travaux du fait de la crise financière internationale, conjuguée à la baisse importante des cours du Zinc.
Pour ne pas abandonner le projet, en fin 2010, la société Blackthorn Resources Limited avait signé un partenariat avec la société suisse Glencore. Et, sous la direction de cette dernière, les travaux de construction avaient repris début janvier 2011, pour durer jusqu’au dernier trimestre de l’année 2012.
Finalement, en janvier 2013, la mine de Zinc de Perkoa commençait officiellement la production. Ses principaux actionnaires étaient alors Blackthorn Resources Limited-Glencore (90%) et l’État burkinabè (10%). Quelques temps après cette fusion, soit en avril 2014, Blackthorn Resources Limited avait cédé sa part d’actions à Glencore.
Avec la fusion de Glencore et Xstrata, les actionnaires de la mine de Perkoa sont à ce jour, Glencore-Xstrata qui détient 90% des actions et l’État du Burkina Faso qui en possède 10%. Récemment, avec la morosité dans l’industrie minière, la mine de Perkoa a frôlé la fermeture. Le présent projet a justement débuté dans ce contexte peu favorable.
Le contexte géologique et les caractéristiques du gisement
La géologie de la région
Le gisement de Perkoa est localisé dans la partie centrale de la ceinture de roches vertes de Boromo. Ces formations du paléoprotérozoïque sont couramment appelées formations birimiennes. Le cadre géologique défini est constitué de roches sédimentaires et volcaniques, avec des intrusions magmatiques.
Il s’agit précisément de divers tufs, de roches volcaniques mafiques à intermédiaires et, des intrusions magmatiques felsiques. La Figure suivante illustre le cadre géologique ci-dessus décrit.
Figure I. 3: Unités géologiques du Burkina Faso et localisation de la mine (Nantou Mining, 2016)
La géologie et les caractéristiques du gisement
Le gisement de Perkoa est une minéralisation d'origine hydrothermale stratiforme (Napon, 1988 ; Ilboudo et al. ,2008). Ses caractéristiques sont celles des gisements de type sulfures massifs volcanogènes, et il renferme du Zinc, du Plomb et de l’Argent (Schwartz et Melcher, 2003).
Les unités géologiques répertoriées à l’échelle du gisement sont surtout les andésites massives à l’ouest, une intrusion de diorite quartzique à l’est, et des tufs felsiques, observables entre ces deux entités. De nombreux dykes de composition intermédiaire dominante, acide ou basique, recoupent ces différentes unités géologiques. La minéralisation est majoritairement encaissée dans les tufs felsiques silicifiés. Elle est matérialisée par deux principaux corps minéralisés, subparallèles, ayant un pendage de soixante-dix degrés (70°) vers le nord-ouest. Ces zones renferment de la sphalérite (sulfure de zinc), de la pyrite (sulfure de fer), de la pyrrhotine (sulfure de fer magnétique) et, accessoirement de la galène (sulfure de plomb) plus ou moins argentifère, contenue dans une gangue de quartz et de sulfate de baryum.
Toutefois, l’essentiel de la minéralisation massive en Zinc se trouve dans le corps minéralisé de l’éponte inférieure. Ce dernier est composé de sphalérite, de pyrite, de pyrrhotine et de barytine. Le corps minéralisé de l’éponte supérieure est moins homogène, avec plusieurs lentilles minces, riches
en Plomb, Zinc et Argent. Globalement, le gisement s’étend sur près de trois-cent mètres (300 m) latéralement. Sa profondeur verticale reconnue par sondages, est proche de six-cent mètres (600 m) et il demeure ouvert en profondeur. Ci-dessous, une section transversale verticale du gisement en illustre les principales caractéristiques.
Les données géomécaniques
Les données géotechniques sont diversifiées. Elles concernent le minerai, les épontes inférieure et supérieure, ainsi que le remblai. Elles seront utilisées pour les besoins de dimensionnement des chantiers d’abattage et pour la modélisation numérique sommaire.
Pour cela, elles portent essentiellement sur la classification du massif rocheux ; le RQD notamment (Bieniawski, 1973), sur les propriétés des discontinuités, ainsi que sur différents autres paramètres et modules permettant d’évaluer la résistance du massif rocheux et du remblai. A ce titre, les trois (3) tableaux suivants résument l’ensemble des données géotechniques disponibles pour cette étude.
Localisation RQD Jn Jr Ja
Éponte inférieure 84,16 6,00 1,36 0,98
Minerai 88,37 6,00 1,45 1,00
Éponte supérieure 85,37 6,00 1,34 1,00
Tableau I. 1: Indice du massif rocheux des épontes et du minerai (Nantou Mining, 2016).
Par ailleurs, la modélisation sommaire avec le logiciel Phase 2 requière les ratios des contraintes horizontales (majeurs et mineurs) sur la contrainte verticale. Ces ratios ont été déterminés à partir des équations des contraintes in situ dont la détermination est détaillée dans le chapitre 3.
Figure I. 4: Section transversale verticale des caractéristiques du gisement (Nantou Mining, 2016)
Tableau I. 2: Les propriétés mécaniques des épontes et du minerai (Nantou Mining, 2016).
Propriétés mécaniques Éponte
supérieure Minerai Éponte inférieure
c
(MPa) 134 109 127 mi de la roche 25 18 25 GSI 74 82 74 Ei (GPa) 54 41 41 Densité (kg/m³) 2 910 4 230 3 020Module de Young (GPa) 42 37 33
Coefficient de poisson 0,25 0,25 0,25
Module d'élasticité isostatique (GPa) 28 25 22
Propriétés mécaniques Remblai rocheux cimenté
Module d’élasticité (GPa) 0,5
Module de cisaillement (GPa) 0,3
Cohésion (MPa) 0,17
Résistance à la traction (MPa) 0,084
Densité (kg/m3) 2000
Angle de frottement (degrés) 30
Tableau I. 3: Données sur les propriétés mécaniques du remblai rocheux (Nantou Mining, 2016)
𝐾1= 𝜎𝐻𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑣 =220,38 𝐷 + 1,64 (É𝑞𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 1) 𝐾2= 𝜎𝐻𝑚𝑖𝑛 𝜎𝑣 =110,19 𝐷 + 0,82 (É𝑞𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 2) 𝐾3= 𝜎𝐻𝑚𝑎𝑥 𝜎𝐻𝑚𝑖𝑛 = 2 (É𝑞𝑢𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 3) D : Profondeur, exprimée en m.
σv: Contrainte verticale, exprimée en MPa.
σHmax: Contrainte horizontale majeure, exprimée en MPa.
σHmin : Contrainte horizontale mineure, exprimée en MPa.
K1: Ratio de la contrainte horizontale majeure sur la contrainte verticale.
K2: Ratio de la contrainte horizontale mineure sur la contrainte verticale.
K3: Ratio de la contrainte horizontale majeure sur la contrainte horizontale mineure.
La méthode d’exploitation par chambre vides appliquée à la mine de Perkoa
La méthode d’exploitation par chambres vides ou chambres ouvertes, avec une séquence descendante est appliquée dans la partie supérieure du gisement de Perkoa. Les niveaux d’exploitation sont verticalement espacés de trente mètres (30 m), les chantiers d’abattage ont entre vingt-cinq mètres (25 m) et trente-cinq mètres (35 m) de longueur. La galerie de transport, située à vingt-cinq mètres (25 m) du gisement et, à cinquante mètres (50 m) de la rampe, permet d’y accéder au moyen de travers-bancs. Puis, à partir du travers-banc central, les galeries de tête et de base sont foncées dans le minerai suivant l’extension latérale du gisement.
Les travaux d’exploitation d’un chantier typique comprennent les opérations de forage, de sautage, de soutirage et de remblayage des vides créés. A ce stade, les trous de production ayant quatre-vingt-neuf millimètres (89 mm) et cent-deux millimètres (102 mm) de diamètre, sont forés à l’aide d’une Simba L6C. Le sautage se fait au moyen d’émulsion et accessoirement d’anfo. Deux rangées de trous sont généralement sautées simultanément en tranches verticales.
A l’issue du sautage, une chargeuse navette est utilisée pour le soutirage, de façon manuelle ou télécommandée, et pour le chargement des camions de transport. Suite au soutirage final du chantier, celui-ci est remblayé après les mesures d’arpentage au laser communément appelées CMS ou cavity monitoring system en anglais. Le remblai rocheux cimenté et le remblai rocheux non consolidé sont utilisés, pour respectivement remblayer les vides des chantiers primaires et secondaires.
Conclusion
L’application de la séquence d’exploitation descendante a permis d’exploiter le gisement de Perkoa, jusqu’au niveau deux cent quatre-vingt mètres (280 m) de profondeur. Les difficultés opérationnelles survenues dans cette phase étaient surtout liées aux contraintes budgétaires, aux coûts de production élevés, à la sécurité, au manque de flexibilité, ainsi qu’à la baisse du prix du Zinc. Cela a induit d’importants écarts vis-à-vis des plans initiaux d’exploitation.
Pour minimiser cet impact négatif, la stratégie d’exploitation a été revue. Cette révision consiste à l’application de la séquence d’exploitation ascendante, dans la Zone située entre trois-cent-dix mètres (310 m) et quatre-cents mètres (400 m) de profondeur. La présente étude s’intéresse donc à l’exploitation de cette Zone. Il s’agit globalement, de conformer la séquence d’extraction de ladite Zone, aux nouveaux plans d’exploitation qui visent l’optimisation. Pour ce faire, il est judicieux de maîtriser les corrélations entre les séquences d’exploitation, les séquences d’extraction et la planification minière souterraine. C’est en cela qu’une revue de la littérature s’est avérée indispensable pour cette étude.
Chapitre 1 : Revue de la littérature 1.1 Introduction
L’exploitation d’un gisement est assujettie à plusieurs facteurs dont, le mode d’accès et l’ordre d’exploitation des chantiers économiquement rentables.
L’accès au gisement permet d’abord, de le diviser en zones, pour en planifier l’ordre d’exploitation. À la suite de cela, les séquences d’extraction servent de guide, pour extraire le minerai desdits chantiers. Ainsi, une limitation sur l’accès au gisement entier peut affecter la rentabilité d’une exploitation ; vue la variation de teneurs dans les zones (Pelley, 1994).
Pour éviter pareille situation, l’ordre d’exploitation des différentes zones d’un gisement et les séquences d’extraction du minerai, doivent prendre en compte les aspects économiques, mais aussi la stabilité globale de la mine. Cela n’est réalisable que lorsque toutes les phases d’exploitation sont soigneusement planifiées. Par conséquent, les séquences d’exploitation des zones et les séquences d’extraction du minerai des chantiers, constituent des composantes fondamentales de la planification minière souterraine.
Le présent chapitre est une revue de la littérature. Il traite brièvement des horizons de la planification minière tout en y situant le rôle et la place de la séquence d’extraction. Le chapitre énumère aussi les différentes séquences d’exploitation, ainsi que leurs atouts et insuffisances. Enfin, les séquences d’extraction primaire et primaire-secondaire y sont exclusivement abordées.
1.2 La place et le rôle de la séquence d’extraction dans la planification minière
Dans la pratique, les conditions de production varient d’une mine à une autre. Cela rend impossible la mise en place d’une approche universelle de planification minière (Ding, 2001). De façon générale, la planification minière est un processus itératif complexe (Horsley, 2002 ; Kuchta et al. ,2004 ; Brickey, 2015). Cette complexité est liée à l’interdépendance des activités, à la qualité des données disponibles,
ainsi qu’aux aspects technico-économiques, environnementaux et sécuritaires (Ding, 2001). Un tel contexte impose une diversité de tâches et, l’élaboration des séquences d’extraction en fait partie (Kuchta et al. ,2004 ; Kumral, 2012 ; Gangawat, 2014 ; Smith et al. ,2008). Habituellement, l’exécution des multiples tâches requises s’étend sur trois horizons principaux, à savoir le long terme (Ding, 2001 ;
Castañon et Botin, 2009 ; Smith et al. ,2008), le moyen terme (Smith et al. ,2008) et le court terme (Ding, 2001 ; Castañon et Botin, 2009).
Précisément, l’horizon court terme se focalise sur les activités courantes. Celles-ci assurent la continuité des opérations minières, et permettent la mise en œuvre de nouveaux projets (Smith et al. ,2008). Il s’agit notamment de l’allocation des ressources, de l’évaluation et du contrôle des performances réalisées, ainsi que de la mise en œuvre des mesures correctives suggérées. Ces activités sont essentiellement menées pendant la phase de production (Ding, 2001).
De son côté, l’horizon long terme se résume aux activités qui permettent d’accroître la viabilité à long terme d’une compagnie minière (Morin, 2001). Ces tâches consistent surtout à définir un modèle et un plan stratégique de maximisation de la valeur, en exploitant intégralement les réserves minérales disponibles (Smith et al. ,2008). L’élaboration des séquences d’extraction appartient donc à cette catégorie d’activités. Ainsi, compte tenu de l’évolution permanente des facteurs internes et externes, elle doit faire l’objet d’une actualisation continue.
Raisonnablement, une révision adéquate de la séquence d’extraction harmonise les opérations courantes et les objectifs à long terme (Smith et al. ,2008). Cette cohérence est fondamentale pour la maximisation des profits de l’entreprise minière (Pelley, 1994 ; Pareja, 2000 ; Horsley, 2002,) et, l’exploitation rationnelle des réserves minérales, à travers une optimisation de la récupération de minerai via des chantiers d’abattage bien conçus.
Par ailleurs, le niveau de sécurité dans la planification de l’exploitation d’un gisement repose aussi sur la séquence d’extraction. En effet, au-delà de la productivité, une séquence d’extraction optimale est un critère majeur dans le contrôle de terrain, qui vise à sécuriser toutes les opérations de la vie de la mine (Pelley, 1994 ; Planeta et al. ,1998 ; Gamar, 2000).
Pareillement, une séquence d’extraction adéquate minimise le stérile à entreposer en surface. En effet, une séquence d’extraction inadaptée peut induire des effondrements ou des coups de terrain et favoriser la dilution par le stérile (Planeta et al. ,1998; Planeta et Szymanski, 2010). Aussi, l’application de certaines séquences d’extraction, requiert-elle d’intenses travaux dans le stérile (Tommila, 2014).
Dans l’un ou l’autre des cas ci-dessus, le stérile produit augmente la quantité de rejets miniers (solides et liquides) à entreposer en surface. Ces rejets ont des impacts négatifs considérables sur les
écosystèmes environnants (Aubertin et al. ,2002). Il est donc évident que l’impact écologique d’une exploitation souterraine, peut être contrôlé au moyen d’une bonne séquence d’extraction, minutieusement planifiée et savamment appliquée. Dans ce cas, cette dernière minimise la dilution et le risque d’accidents.
Habituellement, la planification de la séquence d’extraction est liée à la méthode d’exploitation et à la séquence d’exploitation retenue. Selon le mode d’ouverture, qui dépend fortement du niveau de connaissance du gisement, il existe une diversité de séquences d’exploitation.
1.3 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)
1.4 La séquence primaire et la séquence primaire et secondaire
La séquence d’extraction est l’ordre d’exploitation des chantiers d’abattage des différentes parties d’un gisement. Il existe une multitude de séquences d’extraction qu’il est souvent possible de combiner (Villaescusa, 2003 ; Ghasemi, 2012), pour extraire, de façon sécurisée et économique, le minerai. Cette partie aborde uniquement les séquences d’extraction primaire et primaire-secondaire sous l’angle de leurs atouts et inconvénients.
1.4.1 La séquence d’extraction primaire
Cette séquence d’extraction est surtout requise dans un contexte de hautes contraintes de terrain, pour éviter l’usage de piliers (Potvin et Hudyma, 2000 ; Ghasemi 2012). Ainsi, l’exploitation d’un chantier commence après le remblayage et la cure totale du chantier qui le précède. Cela impose l’usage de remblai consolidé (Tommila, 2014).
Néanmoins, pour un gisement pauvre, des piliers verticaux permanents, laissés entre les chantiers, permettent de substituer le remblai cimenté par du remblai rocheux (Planeta et al. ,1998 ; Villaescusa, 2003) pour le traitement des vides créés. Globalement, la séquence d’extraction primaire permet d’exploiter les chantiers, en chassant ou en rabattant (Villaescusa et al. ,1994 ; Villaescusa, 2003 ; Potvin et Hudyma, 2000 ; Ghasemi 2012). D’une part, l’exploitation en chassant se fait du centre du gisement vers ses extrémités. Cette approche, couplée à une séquence d’exploitation ascendante, constitue la séquence pyramidale (Potvin et Hudyma, 2000). Cette dénomination est liée à la configuration triangulaire qui en découle. Une excellente redistribution des contraintes y est également associée et, certaines mines profondes du Canada l’appliquent (Potvin et Hudyma, 2000 ; Villaescusa, 2003 ; Ghasemi 2012).
Figure 1. 6: Séquence d’exploitation en chassant (Morrison, 1995 ; Villaescusa, 2003)
D’autre part, l’exploitation en rabattant ou en retrait se fait des extrémités d’un gisement, vers sa partie centrale. Elle est discontinue et a l’inconvénient de favoriser l’accumulation des contraintes induites dans les ouvrages centraux (Villaescusa, 2003). Au Canada, cette approche, illustrée par la Figure 1.7,
est couramment appliquée aux chantiers longitudinaux, dans la méthode d’exploitation par chambres vides. Toutefois, si les deux approches ci-dessus ont pour principaux atouts d’éviter la création de piliers et de réduire le volume des travaux dans le stérile (Nsarko et Owusu, 2012), elles ont pour insuffisances majeures, le manque de flexibilité et la faible productivité (Potvin et Hudyma, 2000 ; Villaescusa, 2003 ; Ghasemi 2012). Cela est dû à la discontinuité des travaux. Cette discontinuité est liée à la longue durée du cycle des opérations (Potvin et Hudyma, 2000), causée par le temps de cure du remblai consolidé.
Pour surmonter ces difficultés opérationnelles, les méthodes dites Avoca et Avoca modifiée sont appliquées. Elles consistent à combiner l’exploitation des chantiers au remblayage des vides créés (Tommila, 2014). Le remblai rocheux est exclusivement utilisé, pour éviter le temps de cure et assurer la continuité des opérations.
Ces méthodes ont pour inconvénients, la dilution par le stérile de remblayage, les pertes de minerai (Tommila, 2014), ainsi que la faible capacité du remblai à assurer pendant longtemps, la stabilité des épontes. Une importante quantité de stérile y est également requise, pour assurer le remblayage continu des vides générés (Tommila, 2014).
