Déblocage des ressources critiques grâce à l'exploitation minière de masse entièrement autonome

Lorsque la plupart des gens pensent aux opérations minières souterraines autonomes, c'est généralement du point de vue des équipements ou des systèmes, soit une zone d'une mine - généralement dans un cadre de production - qui fonctionne sans présence physique humaine. Des opérations de ce type sont possibles depuis un certain temps et seraient classées au niveau trois « conditionnellement autonomes » selon le modèle de maturité de GMG pour l'automatisation minière. Toutefois, pour qu'une opération soit classée comme « hautement » ou « entièrement » autonome (niveau quatre ou cinq tel que défini par le GMG), elle doit être dirigée exclusivement par des personnes et leur prise de décision.

Les systèmes dotés de cette capacité sont également classés au niveau six « hautement automatisés » selon le modèle de maturité du GMG pour les systèmes de contrôle des intervalles courts (SIC) (voir la figure 1). Ces technologies permettent à un coordinateur centralisé d'optimiser les équipements et les activités par rapport à des fonctions telles que la maintenance, la planification de la mine et la logistique, ce qui améliore la précision, l'efficacité et la vitesse de la coordination des activités à l'échelle de l'opération.

Pour la majorité des mines, les opérations et les systèmes tels que ceux-ci restent encore un rêve lointain. Toutefois, pour les opérations d'exploitation minière de masse, telles que les foudroyages par blocs et panneaux, la production entièrement autonome est une possibilité tangible aujourd'hui ; des technologies pouvant apporter des avantages significatifs existent déjà et lorsque les bonnes solutions ainsi que les bons fournisseurs sont réunis, ces avantages peuvent être obtenus.

Les cavités en blocs sont généralement des actifs à grande échelle et à longue durée de vie. La vitesse élevée, le volume élevé et la nature répétitive des activités de production, par exemple le chargement aux points de tirage et le transport en rampe par camions, signifient qu'elles se prêtent bien à un fonctionnement hautement ou entièrement autonome, de même que l'empreinte opérationnelle relativement stable (bien que cette empreinte évolue et s'étende avec le temps). Cette stabilité signifie qu'un système de production autonome peut être configuré et ajusté pour des performances optimales ainsi que pour l'intégration avec d'autres systèmes et fonctions miniers, par exemple la planification et la programmation.

Dans la pratique, un tel système peut comprendre une flotte de chargeurs autonomes et de camions affectés de manière dynamique vers différents points d'extraction et passages de minerai en fonction de l'état de la caverne en temps réel et de sa conformité au plan de mine. Il peut également inclure des équipements auxiliaires, tels que des pulvérisateurs d'eau qui sont utilisés de manière autonome lorsque les niveaux de poussière dépassent un certain seuil, ou des dispositifs de blocage qui interviennent lorsque des matières surdimensionnés sont détectés à un point de prélèvement.

En comparaison, les opérations qui utilisent des méthodes d'exploitation minière, telles que l'abattage par sous-niveau, ont tendance à être plus dynamiques et, à ce titre, lorsque l'autonomie est introduite, l'accent est probablement mis sur une zone plus restreinte de l'opération, pour accélérer la mise en place et assurer la cohérence opérationnelle. Une boucle de camions en est un bon exemple : des camions autonomes font la navette entre les chargeurs et le passage du minerai, sur un itinéraire prédéfini, sous la supervision d'un humain.

Ty Osborne, directeur intérimaire de la ligne de produits et des projets d'automatisation mondiale, de l'unité commerciale d'automatisation chez Sandvik Mining and Rock Solutions, a expliqué : « Différentes mines utilisent des méthodes d'extraction différentes et sont adaptées à différents niveaux d'autonomie. » Seule une poignée de mines utilisent aujourd'hui des systèmes hautement ou entièrement autonomes. Cependant, nous constatons que ces technologies suscitent un intérêt croissant ».

« L'un de nos premiers cas d'utilisation de l'autonomie totale dans un environnement d'exploitation minière de masse a été celui d'une exploitation par foudroyage d'un client en Nouvelle-Galles du Sud, en Australie. » Cette méthode a été introduite il y a 10 à 15 ans et, souvent, lorsque nous montrions à nos clients potentiels ce qui avait été réalisé, nous entendions : « c'est génial, mais cela ne fonctionnera pas dans ma mine ». À l'époque, le secteur n'était pas soumis aux mêmes pressions en termes de pénurie de talents et de productivité. Alors qu'une nouvelle génération de dirigeants et de travailleurs émerge, nous constatons un changement par rapport à cette manière de penser héritée. Les gens se demandent désormais "comment rendre ces systèmes utiles pour nous ?". C'est vraiment encourageant. »

L'exploitation minière autonome nécessite du matériel - camions et chargeurs autonomes - ainsi que des logiciels, une communication et un réseau fiables. Par exemple, l'offre AutoMine® Core de Sandvik est une plateforme d'autonomie holistique qui fournit plusieurs niveaux d'interopérabilité pour les flottes de Sandvik et de fabricants d'équipements d'origine (OEM) tiers. Les modules clés incluent AutoMine® Fleet et la surveillance de la production manuelle (MPM), ainsi que le système AutoMine® de contrôle d'accès (ACS), qui supervise la sécurité fonctionnelle. Le système de gestion du trafic AutoMine® orchestre les mouvements de la flotte, et l'intégration avec les commandes SCADA permet une communication bidirectionnelle avec d'autres équipements et systèmes miniers, tels que l'éclairage et les pulvérisateurs d'eau.

« AutoMine® a été l'un des premiers systèmes autonomes pour les mines souterraines, mais il peut maintenant être utilisé pour les opérations de surface », a déclaré Osborne. « Il a été développé à l'origine pour automatiser le parc de camions d'une mine en Afrique du Sud, et nous avons continué à développer la plateforme depuis lors. »

L'une des dernières fonctionnalités clés pour l'exploitation minière de masse hautement et entièrement autonome est la « Flexible Safety Zone » (zone de sécurité flexible). AutoMine® a récemment atteint une étape importante en matière de sécurité avec plus de sept millions d'heures de travail sans blessures entraînant une perte de temps (LTI) à l'échelle mondiale. AutoLoad 2.0 a également été introduit en juin 2023. Evolution Mining, avec son site Northparkes Operation, une mine de cuivre et d'or, exploite son gisement E48 depuis 2010 à l'aide de chargeurs électriques. AutoLoad ferme essentiellement la boucle des cycles de production autonomes, signifiant qu'un opérateur peut désormais utiliser cinq ou six machines simultanément.

AutoMine® a été déployé dans plus de 20 opérations minières de masse dans le monde et plus de 100 exploitations au total. Northparkes Operation, une mine de cuivre et d'or, exploite sa mine E48 depuis 2010 à l'aide de chargeurs électriques. La mine produit 6 Mt/an à l'aide d'AutoMine® et a constaté des améliorations significatives de ses coûts d'exploitation depuis la mise en œuvre du système. Une ancienne mine en Nouvelle-Galles du Sud (NSW), en Australie, utilise la solution MPM de Sandvik, qui fait partie de la plateforme AutoMine® Core.

« Dans cette mine, AutoMine® est intégré au logiciel d'aide à la décision basé sur l'optimisation ORB de Deswik », a expliqué Osborne. « Les systèmes fonctionnent sur une flotte de machines concurrentes avec conducteur. AutoMine® effectue un suivi de haute précision des véhicules et des matières et rend compte des cycles réels. ORB utilise ensuite ces données pour comprendre l'état de la galerie, mettre à jour le schéma de celle-ci et fournir de nouveaux ordres de répartition aux opérateurs ».

Cela permet aux opérateurs de « apprendre » aux chargeurs différents profils de chargement pour chaque point de tirage, évitant ainsi qu'ils aient à assister au chargement du godet pendant le déblaiement. Osborne a déclaré que ce succès peut être attribué en partie aux services de cycle de vie complets que Sandvik lui fournit.

« Nous n'apportons pas seulement une valeur ajoutée aux opérations grâce à la mise en œuvre des systèmes, mais également à la main-d'œuvre en développant leur expertise et leur confiance dans les systèmes autonomes », a-t-il déclaré. « La gestion du changement et le développement des compétences constituent une part importante du déploiement réussi de l'autonomie. Cela garantit que lorsque le système est mis en service, il n'y a pas de pertes de production ».

En février 2023, Sandvik a achevé l'acquisition du spécialiste en mathématiques industrielles, Polymathian. La société fait désormais partie de Deswik, dont la suite intégrée de solutions logicielles permet une planification, une programmation et une exécution efficaces des opérations minières de masse, tout en libérant des niveaux plus élevés d'autonomie grâce à la prise de décision automatisée et optimisée.

Steven Donaldson, directeur technique d'ORB, a expliqué : « La prise de décision automatisée permet de modifier le fonctionnement des mines, car elle élimine le besoin de prise de décision humaine dans des fonctions telles que la planification et la répartition. Lorsqu'il est associé à des algorithmes d'optimisation, il permet de générer le meilleur plan ou échéancier possible compte tenu des objectifs et des contraintes de la mine. La prise de décision automatisée peut être appliquée aux flottes manuelles ainsi qu'aux flottes autonomes, mais l'associer à l'autonomie peut générer des gains impressionnants dans le débit de production de la cavité et l'utilisation de la flotte ».

Il a ajouté que cette capacité est exclusive aux systèmes SIC de niveau 6, tels que définis par le modèle de maturité GMG, au moment de la rédaction du présent document, Sandvik était le seul fournisseur dont les technologies offraient cette possibilité.

ORB a été développé en 2013 par Polymathian pour aider une mine de cuivre et d'or en Australie à résoudre un problème de planification. Dans ce cas, la productivité de la cavité a été contrainte par le débit des chargeurs de l'exploitation.

« L'équipe de la mine avait déjà utilisé un système de répartition dynamique lors de son exploitation à ciel ouvert et recherchait une solution similaire pour augmenter la productivité en souterrain », a expliqué Donaldson. « Le problème est très différent, mais nous avons entrepris des analyses pour comprendre exactement ce qui freinait la productivité et créé un algorithme d'optimisation utilisant les données en temps réel pour prendre des décisions concernant la planification afin d'atténuer les goulets d'étranglement et de minimiser les temps d'arrêt.

Le système est intégré à l'outil MPM d'AutoMine® Core pour collecter des données de haute qualité sur la flotte et les mouvements de matières, ce qui nous a également permis d’optimiser la conformité au plan minier. Dans l'ensemble, la mine a constaté une augmentation de 20 % de la productivité et le système a depuis été utilisé aux côtés de chargeurs autonomes ».

À la suite de ce succès, ORB a été déployé dans la mine de diamants Argyle de Rio Tinto en Australie-Occidentale, qui rencontrait des problèmes de convergence et de boues liquides. Là, le problème n'était pas seulement d'optimiser le rendement, mais de s'assurer que les matières appropriés étaient extraits au bon moment afin de fournir un mélange permettant au concasseur primaire de fonctionner correctement. La mine a enregistré une amélioration de 7 % du tonnage par rapport aux relèves. Depuis lors, ORB a également été déployé dans divers lieux du monde, notamment dans la mine de cuivre et d'or Oyu Tolgoi de Rio Tinto en Mongolie, où il est utilisé aux côtés d'AutoMine® pour une répartition entièrement autonome et pour gérer l’extraction dans les cavités. Depuis sa création, ORB a reçu un certain nombre de mises à jour et ses applications ont été élargies pour englober le foudroyage de sous-niveau et d'autres méthodes d'exploitation minière, ainsi que les capacités de mélange dans les cavités. L'outil peut ajouter de la valeur de trois façons : en améliorant la conformité, en améliorant le débit et en capturant les données ainsi qu'en surveillant les cavités ; chacun peut être effectué indépendamment ou simultanément pour une plus grande valeur.

« ORB et AutoMine® sont déjà utilisés en tandem », a déclaré Donaldson. « Il s'agit d'une intégration plug-and-play et qui présente de multiples avantages. Par exemple, ORB peut fournir une répartition automatisée dans un environnement de production pour des équipements autonomes. Les données peuvent également être extraites des équipements Sandvik et introduites dans ORB via AutoMine® à des fins de rapports ».

Avec le temps, ces intégrations seront élargies pour englober d'autres solutions et technologies de pointe du secteur provenant du portefeuille de Sandvik. Par exemple, Deswik.OPS, qui est un outil collaboratif de planification à court terme et d'exécution des quarts pour le contrôle et la gestion de la conformité utilisé par des mines comme Oyu Tolgoi, pourrait être intégré à AutoMine® et à ORB afin de gérer de manière dynamique l'exécution et le développement des cavités.

Par exemple, la liaison de ces systèmes et de l'application OPS Operator (OPS) permettrait de collecter automatiquement les données de production, ainsi que les informations sur l'état de la machine, de l'opérateur et du lieu. Cela permettrait une reprogrammation très efficace dans toutes les parties des opérations de foudroyage, et pas seulement dans la production. Plus éloignées, mais tout aussi importantes, les solutions de planification du développement minier, telles que Deswik.Spatial, Deswik.Planning et Deswik.Caving, pourraient également être ajoutées.

Les experts de Sandvik AutoMine® travaillent également à combiner les systèmes avec d'autres solutions numériques de Sandvik, indépendantes des OEM, de Newtrax, une ligne de produits de l'unité commerciale Automatisation de la division Technologies minières numériques. Newtrax se spécialise dans la fourniture de solutions de sécurité et de productivité agnostiques des OEM pour les mines souterraines, y compris le suivi des équipes et des véhicules, la détection de proximité, ainsi que la santé et la productivité des machines. Les mines de masse autonomes peuvent bénéficier de ces solutions de plusieurs façons. Par exemple, en suivant les personnes et les véhicules en dehors des zones de production autonomes afin d'améliorer les décisions en temps réel sur les problèmes qui surviennent, par exemple, si une machine autonome tombe en panne et que les techniciens souhaitent déployer l'équipe de service la plus proche pour que la machine soit remise en marche rapidement. Le nouveau système de prévention des collisions de la société avec capacités d'intervention des véhicules est également en cours de développement pour une intégration complète avec AutoMine® afin de permettre un fonctionnement sûr et productif entre les véhicules autonomes et les piétons.

Un autre phénomène courant dans les opérations de foudroyage sont les blocages – des matières surdimensionnés bloquant une galerie ou un point d'extraction qui doit être démantelé ou dynamité avant que la production puisse se poursuivre. En intégrant les technologies Newtrax avec AutoMine® et ORB, le dispositif de blocage le plus proche a pu être rapidement identifié et dépêché de manière autonome pour résoudre le problème.

« L'intégration de l'ensemble complet de technologies de Sandvik pourrait produire des possibilités vraiment intéressantes en matière d'autonomie », a déclaré Osborne. « Par exemple, les technologies de type levier, telles que celles de Deswik et de Newtrax, pourraient aider à créer des environnements de trafic mixte contrôlé.

« Sandvik est le leader de l'autonomie souterraine pour l'exploitation minière de masse, mais nous réalisons que nous ne sommes probablement pas le seul fournisseur à travailler dans une mine par foudroyage en blocs. Notre objectif est de créer une plateforme minière interopérable et entièrement autonome avec une optimisation de bout en bout, de la planification à l'affectation et à l'exécution. Grâce à cette vision, nous posons les bases d'une production sûre et durable de minéraux et de métaux pour les 20 à 30 prochaines années ».

Donaldson est d'accord : « Les cavités qui sont développées aujourd'hui sont plus chaudes, plus profondes et plus complexes sur le plan géotechnique que jamais auparavant. Une autonomie totale est ce qui rendra ces opérations réalisables, non seulement du point de vue de la sécurité et de la productivité, mais également du point de vue financier. Il s'agit de technologies porteuses à ce niveau ».