EGC

Optimisation du Soutirage de Minerais

Optimisation du Soutirage de Minerais en Exploitation Minière

Optimisation du Soutirage de Minerais en Exploitation Minière

Introduction à l'Optimisation du Soutirage

Le soutirage est une méthode d'exploitation minière souterraine où le minerai fragmenté (par abattage en masse comme le foudroyage par sous-niveaux ou "sublevel caving", ou le foudroyage par blocs ou "block caving") s'écoule par gravité vers des points de collecte appelés points de soutirage. L'optimisation de cette opération vise à maximiser la récupération du minerai de valeur tout en minimisant la dilution par le stérile encaissant. Un contrôle précis du processus de soutirage est essentiel pour la rentabilité de la mine. Cet exercice explore les calculs de base liés à la gestion du soutirage et à l'estimation de la dilution.

Données de l'étude

On considère une exploitation par foudroyage par sous-niveaux ("sublevel caving").

Paramètres géométriques et de la roche :

  • Hauteur de la tranche de minerai à soutirer (\(H_m\)) : \(60 \, \text{m}\)
  • Espacement entre points de soutirage dans une même galerie (\(E_s\)) : \(15 \, \text{m}\)
  • Distance (maille) entre les galeries de soutirage parallèles (\(M_g\)) : \(20 \, \text{m}\)
  • Densité du minerai en place (\(\rho_{\text{minerai}}\)) : \(3.2 \, \text{t/m}^3\)
  • Densité du stérile encaissant (\(\rho_{\text{stérile}}\)) : \(2.6 \, \text{t/m}^3\)
  • Teneur moyenne du minerai en place en cuivre (\(T_{\text{minerai}}\)) : \(2.0\% \, \text{Cu}\)
  • Teneur de coupure économique (\(T_{\text{coupure}}\)) : \(0.6\% \, \text{Cu}\)

Paramètres opérationnels et d'estimation :

  • Taux de récupération métallurgique attendu du minerai dans la zone d'influence avant dilution critique (\(R_m\)) : \(88\%\)
  • Tonnage de matériau extrait par cycle de soutirage par point (\(Q_{\text{cycle}}\)) : \(450 \, \text{tonnes}\)
  • On estime que lorsque la teneur du matériau soutiré atteint la teneur de coupure, la masse totale de matériau extrait (\(M_{\text{total extrait}}\)) représente 115% de la masse de minerai théoriquement récupérable (calculée avec \(R_m\)).
Schéma : Concept de Soutirage et Dilution
Minerai en place (\(H_m\)) Galerie de Soutirage Zone de fragmentation Flux de Minerai Dilution Dilution \(H_m\) Largeur galerie Coupe verticale d'un point de soutirage

Illustration schématique du principe de soutirage et de l'entrée de la dilution.

Questions à traiter

  1. Calculer le volume de minerai théorique attribué à un point de soutirage (\(V_{\text{minerai/point}}\)).
  2. Calculer la masse de minerai théorique attribuée à ce point de soutirage (\(M_{\text{minerai/point}}\)).
  3. En considérant le taux de récupération métallurgique (\(R_m\)), quelle masse de minerai est réellement récupérée par point de soutirage (\(M_{\text{récupéré}}\)) avant l'arrêt pour dilution critique ?
  4. Quelle est la masse totale de métal cuivre (\(\text{Cu}\)) contenue dans cette masse de minerai récupéré ?
  5. Calculer la masse totale de matériau (minerai + stérile) extraite par point de soutirage lorsque la teneur de coupure est atteinte (\(M_{\text{total extrait}}\)).
  6. Déterminer la masse de stérile (\(M_{\text{stérile}}\)) mélangée au minerai à la fin du soutirage pour ce point.
  7. Calculer le pourcentage de dilution massique à la fin du soutirage.
  8. Combien de cycles de soutirage sont nécessaires pour extraire \(M_{\text{total extrait}}\) par point de soutirage ?

Correction : Optimisation du Soutirage de Minerais

Question 1 : Volume de minerai théorique attribué à un point de soutirage (\(V_{\text{minerai/point}}\))

Principe :

Le volume de minerai théoriquement attribué à chaque point de soutirage est calculé en considérant un prisme de roche dont la base est définie par l'espacement entre points (\(E_s\)) et la maille entre galeries (\(M_g\)), et dont la hauteur est la hauteur de la tranche de minerai (\(H_m\)). Cette approche simplifie la zone d'influence réelle qui peut être plus complexe.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{minerai/point}} = E_s \times M_g \times H_m\]
Données spécifiques :
  • Espacement entre points (\(E_s\)) : \(15 \, \text{m}\)
  • Maille entre galeries (\(M_g\)) : \(20 \, \text{m}\)
  • Hauteur de minerai (\(H_m\)) : \(60 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{minerai/point}} &= 15 \, \text{m} \times 20 \, \text{m} \times 60 \, \text{m} \\ &= 300 \, \text{m}^2 \times 60 \, \text{m} \\ &= 18000 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le volume de minerai théorique par point est \(V_{\text{minerai/point}} = 18000 \, \text{m}^3\).

Question 2 : Masse de minerai théorique attribuée à ce point de soutirage (\(M_{\text{minerai/point}}\))

Principe :

La masse de minerai est obtenue en multipliant son volume par sa densité en place.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{minerai/point}} = V_{\text{minerai/point}} \times \rho_{\text{minerai}}\]
Données spécifiques :
  • \(V_{\text{minerai/point}} = 18000 \, \text{m}^3\)
  • Densité du minerai (\(\rho_{\text{minerai}}\)) : \(3.2 \, \text{t/m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{minerai/point}} &= 18000 \, \text{m}^3 \times 3.2 \, \text{t/m}^3 \\ &= 57600 \, \text{t} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La masse de minerai théorique par point est \(M_{\text{minerai/point}} = 57600 \, \text{tonnes}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la hauteur de la tranche de minerai (\(H_m\)) diminue, la masse de minerai théorique par point :

Question 3 : Masse de minerai réellement récupérée par point de soutirage (\(M_{\text{récupéré}}\))

Principe :

La masse de minerai réellement récupérée est la masse théorique affectée au point, multipliée par le taux de récupération métallurgique estimé avant dilution critique.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{récupéré}} = M_{\text{minerai/point}} \times R_m\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{minerai/point}} = 57600 \, \text{t}\)
  • Taux de récupération (\(R_m\)) : \(88\% = 0.88\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{récupéré}} &= 57600 \, \text{t} \times 0.88 \\ &= 50688 \, \text{t} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : La masse de minerai réellement récupérée par point est \(M_{\text{récupéré}} = 50688 \, \text{tonnes}\).

Question 4 : Masse totale de métal cuivre (\(\text{Cu}\)) contenue dans \(M_{\text{récupéré}}\)

Principe :

La masse de métal contenu est obtenue en multipliant la masse de minerai récupéré par sa teneur en ce métal.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{Cu}} = M_{\text{récupéré}} \times T_{\text{minerai}}\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{récupéré}} = 50688 \, \text{t}\)
  • Teneur du minerai (\(T_{\text{minerai}}\)) : \(2.0\% = 0.02\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{Cu}} &= 50688 \, \text{t} \times 0.02 \\ &= 1013.76 \, \text{t de Cu} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La masse de cuivre contenue dans le minerai récupéré est \(M_{\text{Cu}} \approx 1013.76 \, \text{tonnes}\).

Question 5 : Masse totale de matériau extraite par point lorsque la teneur de coupure est atteinte (\(M_{\text{total extrait}}\))

Principe :

Il est donné que \(M_{\text{total extrait}}\) représente 115% de la masse de minerai théoriquement récupérable (\(M_{\text{récupéré}}\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{total extrait}} = M_{\text{récupéré}} \times 1.15\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{récupéré}} = 50688 \, \text{t}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{total extrait}} &= 50688 \, \text{t} \times 1.15 \\ &= 58291.2 \, \text{t} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La masse totale de matériau extrait par point est \(M_{\text{total extrait}} = 58291.2 \, \text{tonnes}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si le pourcentage donné pour \(M_{\text{total extrait}}\) était de 100% de \(M_{\text{récupéré}}\), cela signifierait :

Question 6 : Masse de stérile (\(M_{\text{stérile}}\)) mélangée au minerai à la fin du soutirage

Principe :

La masse de stérile est la différence entre la masse totale de matériau extrait et la masse de minerai récupéré (qui est la composante de valeur dans le matériau extrait).

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{stérile}} = M_{\text{total extrait}} - M_{\text{récupéré}}\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{total extrait}} = 58291.2 \, \text{t}\)
  • \(M_{\text{récupéré}} = 50688 \, \text{t}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{stérile}} &= 58291.2 \, \text{t} - 50688 \, \text{t} \\ &= 7603.2 \, \text{t} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : La masse de stérile mélangée est \(M_{\text{stérile}} = 7603.2 \, \text{tonnes}\).

Question 7 : Pourcentage de dilution massique à la fin du soutirage

Principe :

Le pourcentage de dilution massique est le rapport de la masse de stérile à la masse totale de matériau extrait, exprimé en pourcentage.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{Dilution} (\%) = \frac{M_{\text{stérile}}}{M_{\text{total extrait}}} \times 100\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{stérile}} = 7603.2 \, \text{t}\)
  • \(M_{\text{total extrait}} = 58291.2 \, \text{t}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Dilution} (\%) &= \frac{7603.2 \, \text{t}}{58291.2 \, \text{t}} \times 100 \\ &\approx 0.13043478 \times 100 \\ &\approx 13.04\% \end{aligned} \]

Note: On peut aussi vérifier la teneur du mélange : \(T_{\text{mélange}} = \frac{M_{\text{Cu}}}{M_{\text{total extrait}}} = \frac{1013.76 \, \text{t}}{58291.2 \, \text{t}} \approx 0.01739 \approx 1.74\%\). Ce n'est pas la teneur de coupure. L'énoncé initial impliquait que \(M_{\text{total extrait}}\) est la masse quand on atteint \(T_c\). Il y a une petite incohérence dans la formulation de l'énoncé si on utilise \(M_{\text{récupéré}}\) basé sur \(R_m\) (qui est avant dilution critique) pour calculer \(M_{\text{total extrait}}\). Pour que l'exercice soit cohérent avec l'atteinte de \(T_c = 0.6\%\) : La masse de Cu reste \(1013.76 \, \text{t}\). Si \(T_c = 0.6\%\), alors \(M_{\text{total extrait à Tc}} = \frac{M_{\text{Cu}}}{T_c} = \frac{1013.76}{0.006} = 168960 \, \text{t}\). Alors \(M_{\text{stérile à Tc}} = 168960 - 50688 = 118272 \, \text{t}\). Et Dilution \(\% = \frac{118272}{168960} \times 100 = 70\%\). L'énoncé initial "Mtotal extrait représente 115% de la masse de minerai théoriquement récupérable" est une condition de fin de soutirage pour cet exercice, qui ne coïncide pas forcément avec la Tc. Nous suivons l'énoncé.

Résultat Question 7 : Le pourcentage de dilution massique est \(\text{Dilution} \approx 13.04\%\) (basé sur la condition des 115%).

Question 8 : Nombre de cycles de soutirage pour extraire \(M_{\text{total extrait}}\)

Principe :

Le nombre de cycles est la masse totale de matériau à extraire divisée par le tonnage extrait par cycle.

Formule(s) utilisée(s) :
\[N_{\text{cycles}} = \frac{M_{\text{total extrait}}}{Q_{\text{cycle}}}\]
Données spécifiques :
  • \(M_{\text{total extrait}} = 58291.2 \, \text{t}\)
  • \(Q_{\text{cycle}} = 450 \, \text{t/cycle}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} N_{\text{cycles}} &= \frac{58291.2 \, \text{t}}{450 \, \text{t/cycle}} \\ &\approx 129.536 \, \text{cycles} \end{aligned} \]

Puisqu'on ne peut pas avoir une fraction de cycle, on arrondira généralement au nombre entier supérieur, soit 130 cycles, en sachant que le dernier cycle sera partiel ou que la quantité extraite sera légèrement ajustée.

Résultat Question 8 : Il faut environ \(129.54\) cycles, soit pratiquement \(130\) cycles de soutirage.

Quiz Intermédiaire 3 : Si le tonnage extrait par cycle (\(Q_{\text{cycle}}\)) augmente, le nombre de cycles nécessaires pour extraire la même masse totale :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La dilution en exploitation par soutirage est :

2. L'optimisation du soutirage vise principalement à :

3. La teneur de coupure économique (\(T_{\text{coupure}}\)) est :

Glossaire

Soutirage (Ore Drawing/Caving)
Méthode d'exploitation minière où le minerai, préalablement fragmenté ou se fragmentant sous l'effet des contraintes et de la gravité, s'écoule vers des ouvertures (points de soutirage) d'où il est extrait.
Point de Soutirage (Drawpoint)
Ouverture à la base d'un massif de minerai fragmenté par laquelle le minerai est extrait.
Foudroyage par Sous-Niveaux (Sublevel Caving)
Méthode d'abattage en masse où des sous-niveaux sont développés dans le gisement. Le minerai est abattu par longues rangées de trous à partir des galeries de sous-niveau, et le stérile sus-jacent s'effondre (foudroie) pour remplir le vide créé.
Dilution
Contamination du minerai par du stérile (roche sans valeur économique) lors de l'extraction. Elle réduit la teneur du matériau envoyé à l'usine de traitement.
Récupération Métallurgique (\(R_m\))
Pourcentage du métal contenu dans le minerai en place qui est effectivement récupéré et valorisé. Dans le contexte du soutirage, on parle souvent de la récupération du minerai avant une dilution excessive.
Teneur (\(T\))
Concentration d'un métal ou d'une substance de valeur dans le minerai, généralement exprimée en pourcentage (%) ou en grammes par tonne (g/t).
Teneur de Coupure (\(T_{\text{coupure}}\))
Teneur minimale d'un minerai en dessous de laquelle son exploitation n'est plus économiquement viable, compte tenu des coûts d'extraction, de traitement et des prix du marché.
Facteur de Foisonnement (Swell Factor)
Augmentation du volume de la roche lorsqu'elle est fragmentée par rapport à son volume en place. Exprimé comme un pourcentage ou un ratio (e.g., 1.3 signifie une augmentation de volume de 30%).
Maille de Soutirage
Arrangement géométrique des points de soutirage, défini par l'espacement entre les points dans une même galerie et la distance entre les galeries de soutirage.
Optimisation du Soutirage de Minerais - Exercice d'Application

D’autres exercices d’exploitation miniere:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *