Débloquer des ressources critiques grâce à l'exploitation minière de masse entièrement autonome
Outils deforage Sandvik Mining assemble une pile de technologies conçues pour atteindre une autonomie complète dans les opérations minières souterraines de masse - de la planification stratégique à l'exécution. Voici comment nos solutions façonnent l'avenir de l'exploitation minière autonome.
Lorsque la plupart des gens pensent aux opérations minières souterraines autonomes, c'est généralement du point de vue des équipements ou des systèmes, c'est-à-dire une zone d'une mine - généralement dans un contexte de production - qui travaille sans la présence physique de l'homme. Des opérateurs de ce type sont possibles depuis un certain temps et seraient classés au niveau trois "conditionnellement autonome" du modèle de maturité de l'automatisation minière du GMG. Toutefois, pour qu'un opérateur soit classé comme "hautement" ou "entièrement" autonome (niveau quatre ou cinq tel que défini par le GMG), il faut qu'il puisse travailler sans la présence d'êtres humains et sans que ceux-ci prennent de décisions.
Les systèmes dotés de cette capacité sont également classés au niveau 6 "hautement automatisés" dans le modèle de maturité du GMG pour les systèmes de commande à intervalle court (SIC) (voir 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 des mines et la logistique, offrant ainsi des améliorations en termes de précision, d'efficacité et de rapidité de la coordination des activités à l'échelle de l'opération.
Pour la majorité des opérateurs, travailler avec des systèmes de ce type est encore une utopie. Mais pour les opérations minières de masse, telles que les grottes à blocs et à panneaux, la production entièrement autonome est une possibilité tangible aujourd'hui ; les technologies qui peuvent offrir des avantages significatifs existent déjà, et lorsque les bonnes solutions et les bons opérateurs sont réunis, ces avantages peuvent être atteints.
Figure 1 : Niveaux de maturité des systèmes de commande à intervalles courts du GMG. Source : GMG
L'exploitation minière en continu convient à une autonomie totale
Les grottes à blocs sont généralement des actifs à grande échelle et à longue durée de vie. La vitesse élevée, le volume important et la nature répétitive des activités de production - par exemple, le chargement aux points d'extraction et le transport en rampe avec des camions - signifient qu'elles se prêtent bien à un fonctionnement hautement ou entièrement autonome, tout comme l'empreinte opérationnelle relativement stable (bien qu'elle se développe et s'étende au fil du temps). Cette stabilité signifie qu'un système de production autonome peut être mis en place et réglé pour des performances optimales, ainsi que pour l'intégration avec d'autres systèmes et fonctions de la mine, par exemple la planification et l'ordonnancement.
En pratique, un tel système peut comprendre une flotte de chargeurs et de camions autonomes qui sont dynamiquement affectés à différents points de prélèvement et passages de minerai en fonction de l'état de la caverne en temps réel et de sa conformité avec le plan de la mine. Il peut également comprendre des équipements auxiliaires, tels que des pulvérisateurs d'eau qui sont opérés de manière autonome lorsque les niveaux de poussière dépassent un certain seuil, ou des brise-roche qui interviennent lorsque des matériaux surdimensionnés sont détectés à un point de prélèvement.
En comparaison, les opérateurs qui utilisent des méthodes d'exploitation minière telles que l'arrêt à un niveau inférieur ont tendance à être plus dynamiques et, à ce titre, lorsque l'autonomie est introduite, l'accent sera probablement mis sur une zone plus petite de l'opération en vue d'une mise en place rapide et d'une cohérence opérationnelle. Une boucle de camions 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 homme.
Surveillance de la salle de contrôle de l'ORB dans une grotte en bloc.
Ty Osborne, directeur par intérim de la ligne de produits et des projets d'automatisation mondiale, unité commerciale Automatisation chez Outils de forage de Sandvik Mining and Rock Solutions, explique : "Les méthodes d'extraction varient d'une mine à l'autre et conviennent à des niveaux d'autonomie différents. Seule une poignée de mines utilisent aujourd'hui des systèmes hautement ou totalement autonomes. Cependant, nous constatons que ces technologies suscitent de plus en plus d'intérêt".
"L'un de nos premiers cas d'utilisation de l'autonomie totale dans un environnement minier de masse concernait une mine en caverne d'un client en Nouvelle-Galles du Sud, en Australie. Cette mine a été mise en service il y a 10 à 15 ans et, souvent, lorsque nous montrions aux clients potentiels ce qui avait été réalisé, ils nous disaient : "C'est génial, mais ça ne marchera 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. Avec l'arrivée d'une nouvelle génération de dirigeants et de travailleurs, nous assistons à un changement de mentalité. Les gens se demandent maintenant comment faire fonctionner ces systèmes pour eux, ce qui est très encourageant.
Construire des systèmes de production entièrement autonomes
L'exploitation minière entièrement autonome nécessite du matériel - camions et chargeurs autonomes - ainsi que des logiciels et un réseau de communication fiable. Par exemple, l'offre AutoMine® Core de Sandvik est une plateforme d'autonomie holistique qui offre plusieurs niveaux d'interopérabilité pour les flottes OEM de Sandvik et de tiers. Les modules clés comprennent AutoMine® Fleet et Manual Production Monitoring (MPM), ainsi que le système de commande d'accès AutoMine® (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, bien qu'il puisse maintenant être appliqué aux opérations de surface", a déclaré Osborne. "Il a été développé à l'origine pour automatiser la flotte de camions dans une mine en Afrique du Sud, et nous avons continué à développer la plateforme depuis lors."
La zone de sécurité flexible est l'une des dernières caractéristiques essentielles de l'exploitation minière de masse hautement et entièrement autonome. Cela permet aux équipements miniers autonomes de travailler en continu dans la zone automatisée tout en autorisant les intersections avec les équipements manuels, ce qui permet aux équipements manuels de croiser les itinéraires des équipements automatisés et de partager les points de déversement ou de chargement. AutoLoad 2.0 a également été introduit en juin 2023. Cela permet aux opérateurs d'" enseigner " aux chargeurs différents profils de chargement pour chaque point de tirage, éliminant ainsi la nécessité pour eux d'aider au chargement des godets pendant le déblaiement. AutoLoad ferme essentiellement la boucle des cycles de production autonomes, ce qui signifie qu'un opérateur peut désormais travailler sur cinq ou six machines simultanément.
AutoMine® a été déployé dans plus de 20 exploitations minières de masse dans le monde, et dans plus de 100 opérateurs au total. L'opération Northparkes d'Evolution Mining, une mine de cuivre et d'or, travaille depuis 2010 dans sa caverne E48 à l'aide de chargeurs électriques. La mine produit 6Mt/an en utilisant AutoMine® et a constaté des améliorations significatives de ses coûts d'exploitation depuis la mise en œuvre du système. Une ancienne mine de 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 Polymathian, explique Osborne, et les systèmes fonctionnent sur une flotte de machines concurrentes habitées. AutoMine® effectue un suivi de haute performance des véhicules et du matériel, et établit des rapports sur les cycles réels. ORB utilise ensuite ces données pour comprendre l'état de la caverne, mettre à jour le tracé de la caverne et offrir de nouveaux ordres de répartition aux opérateurs."
AutoMine® a récemment franchi une étape importante en matière de sécurité en dépassant les sept millions d'heures de travail sans accident avec arrêt (LTI) à l'échelle mondiale. Selon Osborne, ce succès peut être en partie attribué aux Lifecycle Services enveloppants que Sandvik lui offre.
" Nous n'ajoutons pas seulement de la valeur aux opérateurs par la mise en œuvre de systèmes, mais aussi à la main-d'œuvre en développant leur expertise et leur confiance autour des systèmes autonomes ", a-t-il déclaré. " La gestion du changement et la montée en compétences constituent une grande partie des déploiements réussis de l'autonomie. Elles permettent de s'assurer qu'au moment de la mise en service du système, il n'y a pas de pertes de production."
L'automatisation de la prise de décision élève l'automatisation
En février 2023, Sandvik a finalisé l'acquisition du spécialiste des mathématiques industrielles, Polymathian. L'entreprise fait désormais partie de Deswik, dont la suite intégrée de solutions logicielles permet de planifier, d'ordonnancer et d'exécuter efficacement les opérations minières de masse, tout en débloquant des niveaux d'automatisation plus élevés grâce à des prises de décision automatisées et optimisées.
Steven Donaldson, directeur technique d'ORB, explique : "La prise de décision automatisée permet de modifier la façon dont les mines travaillent, car elle supprime la nécessité d'une prise de décision humaine dans des fonctions telles que la planification, l'ordonnancement et la répartition. Associée à des algorithmes d'optimisation, elle permet de générer le meilleur plan ou calendrier possible en fonction des objectifs et des contraintes de la mine. La prise de décision automatisée peut être appliquée à des flottes travaillées manuellement ainsi qu'à des flottes autonomes, mais l'associer à l'automatisation peut générer des gains impressionnants en termes de production dans les cavernes et d'utilisation de la flotte."
Il ajoute que cette capacité est exclusive aux systèmes SIC de niveau six, 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 offrent cette possibilité.
ORB a été développé en 2013 par Polymathian pour aider une mine de cuivre et d'or en Australie à résoudre un goulot d'étranglement dans l'ordonnancement. Dans ce cas, la productivité de la grotte était limitée par la production des chargeuses de l'opérateur.
"Il s'agit d'un problème très différent, mais nous avons entrepris des analyses pour comprendre exactement ce qui freinait la productivité et nous avons créé un algorithme d'optimisation qui utilise des données en temps réel pour prendre des décisions en matière d'ordonnancement afin d'atténuer le goulot d'étranglement et de minimiser les arrêts minimaux.
"Le système est intégré à l'outil MPM d'AutoMine® Core pour recueillir des données de haute qualité sur les mouvements de la flotte et des matériaux, ce qui signifie que nous pouvions également optimiser la conformité avec le plan de la mine. Dans l'ensemble, la mine a vu sa productivité augmenter de 20 % et le système est depuis utilisé aux côtés de chargeurs autonomes."
Suite à ce succès, ORB a été déployé à la mine de diamants Argyle de Rio Tinto, en Australie occidentale, qui connaissait des problèmes de convergence et de boue humide. Là, le problème n'était pas seulement d'optimiser la production, mais de s'assurer que le bon matériau était extrait au bon moment pour fournir un mélange qui permettait de maintenir le concasseur primaire en état de marche. La mine a constaté une amélioration de 7 % du tonnage lors des changements d'équipe. Depuis, ORB a également été déployé sur plusieurs sites dans le monde, notamment à la mine de cuivre et d'or Oyu Tolgoi de Rio Tinto en Mongolie, où il est utilisé avec AutoMine® pour une répartition entièrement autonome et pour gérer le tirage des cavernes.Depuis sa création, ORB a reçu un certain nombre de mises à jour et ses applications ont été étendues pour englober la spéléologie sous-niveau et d'autres méthodes d'exploitation minière, ainsi que des capacités de mélange de cavernes. L'outil peut apporter une valeur ajoutée de trois manières : en améliorant la conformité, en améliorant la production et par la saisie de données et la surveillance des grottes ; chacune peut être exécutée indépendamment ou simultanément pour une plus grande valeur.
Permettre les futurs opérateurs de spéléologie
l'ORB et l'AutoMine® sont déjà utilisés en tandem", a déclaré Donaldson, "il s'agit d'une intégration plug-and-play, et les avantages sont multiples". Par exemple, ORB peut offrir une répartition automatisée dans un environnement de production pour les équipements autonomes. Les données peuvent également être extraites de l'équipement Sandvik et introduites dans ORB par le biais d'AutoMine® à des fins de reporting. "
Avec le temps, ces intégrations seront étendues pour englober d'autres solutions et technologies de pointe du portefeuille de Sandvik. Par exemple, Deswik.OPS, qui est un outil collaboratif de planification à court terme et d'exécution des équipes pour le contrôle et la gestion de la conformité utilisé par des mines comme Oyu Tolgoi, pourrait être intégré à AutoMine® et à ORB pour gérer dynamiquement l'exécution et le développement des cavernes.
Par exemple, la liaison entre ces systèmes et l'application OPS Operator App offrirait une capture automatisée des données de productivité ainsi que des informations sur l'état de la machine, de l'opérateur et de l'emplacement. Cela permettrait une replanification très efficace dans toutes les parties des opérations de spéléologie, et pas seulement la production. Plus loin, 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 la combinaison des systèmes avec d'autres solutions numériques de Sandvik, agnostiques aux OEM, Newtrax - une ligne de produits au sein de l'unité commerciale Automatisation de la division Digital Mining Technologies. Newtrax est spécialisée dans l'offre de solutions de sécurité et de productivité agnostiques OEM pour les mines souterraines, notamment le suivi du personnel et des véhicules, la détection de proximité, ainsi que la santé et la productivité des machines. Ces solutions peuvent bénéficier aux mines de masse autonomes de plusieurs manières.
Par exemple, en suivant les personnes et les véhicules en dehors des zones de production autonomes pour améliorer les décisions en temps réel sur les problèmes qui surviennent, par exemple si une machine autonome tombe en panne et que les techniciens veulent déployer l'équipe de maintenance la plus proche pour remettre la machine en marche rapidement. Le nouveau système de prévention des collisions de l'entreprise, doté de capacités d'intervention sur les véhicules, est également en cours de développement en vue d'une intégration complète avec AutoMine® pour permettre un fonctionnement sans danger et productif entre les véhicules autonomes et les piétons.
Un autre phénomène courant dans les opérations de spéléologie est l'accumulation de matériaux surdimensionnés qui bloquent une conduite ou un point d'extraction et qui doivent être cassés ou dynamités avant que la productivité ne puisse continuer. En intégrant les technologies Newtrax à AutoMine® et ORB, le brise-roche le plus proche peut être rapidement identifié et envoyé de manière autonome pour résoudre le problème.
" L'intégration de l'ensemble des technologies de Sandvik pourrait produire des possibilités vraiment passionnantes en matière d'autonomie ", a déclaré Osborne. " Par exemple, l'exploitation de technologies, comme celles de Deswik et Newtrax, pourrait aider à créer des environnements à trafic mixte contrôlé.
" Bien que Sandvik Mining soit le chef de file en matière d'autonomie souterraine pour le forage de masse, nous sommes conscients que nous ne sommes probablement pas le seul fournisseur à travailler dans une caverne de blocs. Notre objectif est de créer une plateforme minière interopérable et entièrement autonome avec une optimisation de bout en bout, de la planification à la répartition et à l'exécution. Grâce à cette vision, nous jetons 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 grottes qui sont exploitées aujourd'hui sont plus chaudes, plus profondes et plus difficiles à exploiter sur le plan géotechnique que jamais auparavant. L'autonomie totale est ce qui rendra ces opérateurs réalisables, non seulement du point de vue de la sécurité et de la productivité, mais aussi sur le plan financier. Il s'agit de technologies habilitantes à cet égard.
