6 grandes tendances de l'exploitation minière future à ne pas négliger
Avec le développement industriel, la demande en ressources minérales ne cesse d'augmenter. Aujourd'hui, les pays développés comme en développement considèrent la possession et l'exploitation de ces ressources comme des mesures stratégiques. Le développement minier a ainsi vu l'émergence de nombreuses technologies et méthodes minières efficaces, sûres et peu coûteuses. Il est essentiel de suivre le rythme des technologies de pointe pour exploiter efficacement les ressources.
(I) Renseignements dans les mines souterraines
Actuellement, les mines souterraines du monde entier recherchent l'efficacité et la sécurité, ce qui conduit à des améliorations continues des niveaux de mécanisation et d'automatisation. Prenons l'exemple de la mine de fer de Kiruna, en Suède. Réputée pour sa production de minerai de fer à haute teneur (dont la teneur en fer dépasse 70 %), elle est l'une des plus grandes mines de fer au monde. Son exploitation minière, qui remonte à plus de 70 ans, est passée de l'exploitation à ciel ouvert à l'exploitation souterraine. L'intelligence de la mine de fer de Kiruna repose principalement sur l'utilisation d'équipements mécaniques de grande envergure, de systèmes de contrôle à distance intelligents et de systèmes de gestion modernes. Des systèmes et équipements miniers hautement automatisés et intelligents sont essentiels pour garantir une extraction sûre et efficace.
Développement. La mine de fer de Kiruna utilise un système de développement combinant puits et rampes. La mine dispose de trois puits pour la ventilation et l'extraction du minerai et des stériles. Le personnel, l'équipement et les matériaux sont principalement transportés par des engins sans chenilles via des rampes. Le puits d'extraction principal est situé sur le mur du gisement. À ce jour, le front de taille et le système de transport principal ont été abaissés six fois, le niveau actuel du transport principal étant de 1 045 m.
Forage, chargement et dynamitage. Le creusement des tunnels utilise des foreuses jumbo équipées d'instruments de mesure électroniques tridimensionnels pour un positionnement précis des trous. Le forage en chantier utilise la foreuse télécommandée Simba W469, produite par le suédois Atlas Copco, avec un diamètre de trou de 150 mm et une profondeur maximale de 55 m. Cette foreuse utilise un système laser pour un positionnement précis, est autonome et peut fonctionner en cycles continus de 24 heures. Le volume annuel de minerai extrait peut atteindre 3 millions de tonnes.
Chargement, transport et levage du minerai à distance. Le forage, le chargement, le transport et le levage dans les chantiers de la mine de fer de Kiruna sont tous intelligents et automatisés, les foreuses et les chargeuses fonctionnant sans opérateur. Le chargement du minerai est assuré par la chargeuse télécommandée Toro 2500E, dont le rendement unitaire est de 500 t/h. Le système de transport souterrain comprend un convoyeur à bande et un transport ferroviaire automatisé. Ce dernier est généralement composé de 8 wagons à minerai, à fond basculant, pour un chargement et un déchargement continus. Des convoyeurs à bande transportent automatiquement le minerai de la station de concassage à l'appareil de mesure, complétant le chargement et le déchargement par le skip du puits, le tout sous contrôle à distance.
Technologie de projection de béton télécommandée et technologie de renforcement des soutènements. Le soutènement des tunnels utilise une combinaison de béton projeté, de boulons d'ancrage et de treillis. Cette opération est réalisée par des projeteuses de béton télécommandées, les boulons d'ancrage et le treillis métallique étant installés à l'aide de plateformes de boulonnage.
(II) Application de plus en plus répandue de la technologie de lixiviation
Actuellement, la lixiviation est largement utilisée pour récupérer les minerais de cuivre, d'or et d'uranium à faible teneur, entre autres. Ces techniques comprennent la lixiviation in situ, la lixiviation en tas et la lixiviation par dynamitage in situ. Des pays comme les États-Unis, le Canada et l'Australie utilisent généralement la lixiviation en tas et la lixiviation par dynamitage in situ pour récupérer 0,15 à 0,45 % de minerais de cuivre à faible teneur, plus de 2 % de minerais d'oxyde de cuivre et 0,02 à 0,1 % de minerais d'uranium.
Aux États-Unis, par exemple, plus de 20 mines utilisent la lixiviation par dynamitage in situ pour le cuivre. Par exemple, la mine Mike, au Nevada, et la mine de cuivre Zonia, en Arizona, produisent chacune plus de 2,2 tonnes de cuivre par jour. Les mines Butte et Copper Queen Branch, au Montana, produisent entre 10,9 et 14,97 tonnes de cuivre métal par jour. Aux États-Unis, la lixiviation du cuivre représente plus de 20 % de la production totale, celle de l'or plus de 30 %, et la grande majorité de la production d'uranium provient de l'extraction par lixiviation.
(III) Technologie d'exploitation minière en puits profond
À mesure que les volumes de ressources diminuent, les profondeurs d'extraction augmentent, dépassant souvent 1 000 m. Cela engendre de nombreuses difficultés et problèmes que l'exploitation minière peu profonde ne rencontre pas, comme une pression accrue au sol, des températures de roche plus élevées et des difficultés accrues en matière de levage, de drainage, de soutènement et de ventilation.
Problèmes courants dans les mines à puits profonds :
Capacité de levage. À mesure que la profondeur d'extraction augmente, la première difficulté rencontrée est la capacité de levage de la mine. Les treuils actuels peuvent atteindre une hauteur maximale de levage unique supérieure à 2 000 m, comme dans une mine canadienne avec un levage unique le plus profond de 2 172 m, et dans une mine d'or sud-africaine avec un puits de 2 310,4 m. Les capacités des équipements de levage répondent parfaitement aux exigences des grandes mines à puits profonds.
Température de la roche et refroidissement par ventilation. À mesure que la profondeur d'extraction augmente, la température de la roche augmente en conséquence. Par exemple, dans la mine de cuivre-zinc de Toyoha au Japon, à -600 m (environ 1 200 m de profondeur), la température de la roche dépasse 100 °C, mais de nombreux pays stipulent que la température souterraine ne peut pas dépasser 28 °C. Les mines à puits profonds augmentent généralement le volume de ventilation souterraine et refroidissent l'air grâce à des méthodes de refroidissement par air et par eau. Lors du choix de l'une ou des deux méthodes, outre la réduction des températures, il convient également de veiller à réduire la dissipation thermique des équipements mécaniques souterrains, des équipements diesel et des équipements de réfrigération eux-mêmes.
Gestion de la pression au sol et méthodes d'exploitation minière. Les mines à puits profonds mettent généralement en place un système complet de mesure et de surveillance de la pression au sol, ce qui influence directement le bon déroulement de la production minière et le niveau des coûts de production. Les coups de roche constituent un problème majeur dans l'exploitation minière à puits profonds. Pour les prévoir, de nombreuses mines installent des dispositifs de surveillance microsismique souterrains, comme la mine américaine Sunshine Silver, qui a installé un système de surveillance microsismique à 2 254 m d'altitude pour une surveillance 24 heures sur 24.
Combustion et explosion spontanées. L'exploitation minière en puits profond peut également être confrontée à une combustion spontanée de minerais sulfurés en raison des températures élevées du minerai et à une auto-explosion lors du chargement explosif, ce qui nécessite une attention particulière.
À l’heure actuelle, la profondeur d’extraction des mines non charbonnières en Chine ne dépasse généralement pas 700 à 800 m, mais ces dernières années, certains gisements de minerai enfouis à des profondeurs d’environ 1 000 m sont en cours d’exploitation, notamment la mine de cuivre de Dongguashan sous la direction de Tongling Nonferrous Metals Company et la zone minière n° 2 de Jinchuan.
(IV) Travaux de protection de l'environnement minier
Dans les pays étrangers, notamment les pays développés, des mesures globales sont adoptées pour la gestion environnementale des mines. Des normes techniques strictes s'appliquent aux eaux usées, aux gaz d'échappement, aux scories, aux poussières, au bruit, etc. rejetés par les mines. De nombreuses mines à faible teneur en minerai ne peuvent être construites ou mises en production en raison des coûts excessifs de traitement environnemental.
Actuellement, l'accent est mis à l'étranger sur la création de mines propres et sans déchets. La mine de charbon de Walsum, en Allemagne, située dans la zone industrielle de la Ruhr, en est un exemple réussi. Elle utilise des boues de charbon provenant de l'usine de lavage du charbon, des cendres provenant des centrales électriques au charbon et des stériles souterrains concassés, mélangés à du ciment, activés et agités, puis pompés sous terre à l'aide d'une pompe à particules pour combler les vides. La mine ne rejette aucun déchet solide à l'extérieur.
(V) Technologie d'exploitation minière de remplissage
Différents matériaux de remplissage sont utilisés en fonction des conditions variables :
Soutien régional. Des matériaux de remplissage rigides de haute qualité sont nécessaires pour réduire la fermeture élastique des volumes et les risques d'éclatement de roches.
Contrôle des strates rocheuses. Les exigences de qualité des matériaux de remplissage ne sont pas strictes, mais un remplissage à grande échelle est nécessaire et ne doit pas se rétracter après la mise en place.
Exploitation minière multifilonienne. Les matériaux de remplissage doivent être rigides dans des conditions de faible contrainte afin de minimiser la déformation et le déplacement de la roche.
Contrôle environnemental. Pour garantir l'étanchéité du mur suspendu et empêcher la circulation d'air dans la zone exploitée, le matériau de remplissage ne doit pas rétrécir, et un remplissage sur une grande surface est nécessaire.
Réduction du levage des stériles. Préparation et concassage des stériles souterrains pour le remblayage, améliorant ainsi l'efficacité.
Considérations actuelles pour le remplissage :
Concentrer les efforts sur la mise au point de systèmes pratiques et fiables. Rechercher et développer des technologies de remplissage efficaces pour intégrer les opérations de remplissage aux cycles miniers. Mettre l'accent sur la gestion des systèmes de remplissage.
Technologies de recherche pour optimiser les systèmes existants, y compris la distribution granulométrique des matériaux de remplissage de haute qualité, les processus améliorés de préparation des matériaux de remplissage dans les hydrocyclones et le concassage, et les technologies de transport optimisées telles que la perte de pression, l'usure, la corrosion et la conception globale du système de remplissage.
Renforcer la compréhension quantitative des processus de préparation, de transport, de mise en place et de déformation des matériaux de remplissage afin de jeter les bases d'une exploitation minière sûre, stable et efficace. Les procédés de remplissage utilisés à l'échelle internationale comprennent le remplissage hydraulique au sable, le remplissage à sec, le remplissage solide à haute teneur en eau et le remplissage cimenté. Le remplissage cimenté se divise en : remplissage hydraulique avec résidus segmentés (transport gravitaire à haute concentration), remplissage hydraulique avec autres matériaux de remplissage (transport gravitaire à haute concentration), remplissage gravitaire avec pâte de résidus complète et remplissage par pompage de pâte de résidus complète. La méthode recommandée à l'échelle internationale est le remplissage par pompage de pâte de résidus complète.
Actuellement, le Canada compte 12 mines utilisant des pâtes de remplissage à haute concentration, et l'Afrique du Sud et l'Australie disposent également de nouveaux systèmes de remplissage en pâte. Ces nouveaux procédés de remplissage répondront mieux aux exigences de protection des ressources, de protection de l'environnement, d'amélioration de l'efficacité et de développement minier. L'exploitation minière par remplissage offrira de plus vastes perspectives dans l'industrie minière du XXIe siècle.
(VI) Exploitation minière de nodules polymétalliques océaniques
Les nodules polymétalliques se trouvent sur les fonds marins à des profondeurs d'environ 3 000 à 5 000 m. Leur exploitation nécessite des méthodes d'exploitation fiables. C'est pourquoi les pays du monde entier privilégient le développement de méthodes d'exploitation fiables et ont mené des recherches expérimentales approfondies, certains réalisant même des essais d'exploitation minière en eaux profondes à moyenne échelle. De la fin des années 1960 à aujourd'hui, les méthodes d'exploitation minière en mer, développées et testées à l'échelle internationale, se répartissent principalement en trois catégories : l'exploitation par godets en ligne continue (CLB), l'exploitation minière par véhicule télécommandé sous-marin et l'exploitation par ascension de fluides.
Méthode d'exploitation minière par godets en ligne continue (CLB). Proposée par les Japonais en 1967, cette méthode est relativement simple et se compose principalement d'un navire minier, d'un câble de remorquage, de godets et d'un remorqueur. Les godets sont fixés au câble à intervalles réguliers et descendus au fond marin. Le câble, entraîné par le remorqueur, déplace les godets vers le bas, puis vers le haut et vers le bas. Ce fonctionnement cyclique et continu du câble forme une boucle de collecte continue. La principale caractéristique de la CLB est sa capacité à s'adapter aux variations de profondeur et à maintenir un fonctionnement normal. Cependant, la production de la CLB ne dépasse pas 100 t/j, ce qui est bien en deçà des besoins miniers industriels. C'est pourquoi la méthode d'exploitation CLB a été abandonnée à la fin des années 1970.
Méthode d'exploitation minière par véhicule sous-marin télécommandé. Cette méthode a été principalement proposée par les Français. Le véhicule sous-marin télécommandé est un véhicule minier submersible sans pilote, composé principalement de quatre systèmes : collecte de minerai, autopropulsion, contrôle de la flottabilité et ballast. Sous la surveillance du navire-mère de surface, le véhicule minier plonge au fond de la mer selon les commandes pour collecter les nodules. Une fois rempli, il fait surface et décharge les nodules dans le bac de réception du navire-mère. Ce dernier peut généralement contrôler plusieurs véhicules miniers simultanément. Ce système d'exploitation nécessite des investissements importants, et, compte tenu de la faible valeur du produit et de l'absence de retombées économiques pendant des décennies, l'Association française de recherche et développement sur les nodules océaniques a cessé ses recherches en 1983. Cependant, les principes de collecte et de transport de ce véhicule minier sont jugés prometteurs.
Méthode d'extraction par élévation de fluide. Actuellement, la méthode internationalement reconnue et présentant le plus grand potentiel d'application industrielle est l'extraction par élévation de fluide. À l'arrivée du navire minier sur le site, le collecteur et le tuyau d'élévation sont connectés et progressivement descendus en mer. Le collecteur recueille les nodules des sédiments marins et effectue le traitement initial. Grâce à un système de levage hydraulique ou pneumatique, l'eau contenue dans le tuyau remonte à une vitesse suffisante pour transporter les nodules jusqu'au navire minier de surface.
Avec l'essor de l'exploitation et de l'exploitation des océans par l'homme au XXIe siècle, les technologies d'exploitation minière marine revêtent une importance particulière. Le développement des hautes technologies modernes a ouvert la voie à l'exploitation des ressources océaniques, et leur formation et leur développement auront un impact positif et profond sur l'économie et la culture océaniques mondiales, ainsi que sur la sensibilisation de l'homme à leur environnement.
