Problème :
Les responsables et techniciens chargés des opérations minières sont souvent confrontés aux tâches suivantes :
- Déterminer des volumes de production quotidiens et mensuels réalistes.
- Tester la faisabilité des plans de mine.
- Évaluer le résultat des améliorations opérationnelles.
- Quantifier le retour sur investissement.
- Justifier les exigences en matière de flotte.
Ils doivent prendre des décisions et des engagements alors qu’ils travaillent dans un système minier complexe, au sein duquel aucun élément n’est isolé. Les contraintes habituelles des mines comprennent les points suivants :
- De nombreuses interdépendances et activités qui se chevauchent.
- Les interactions entre les équipements.
- La durée changeante de cycle des processus.
- Les limitations en termes d’espace, le rendement et la logique de priorité des équipements mobiles.
- Des configurations complexes.
- La capacité limitée des systèmes de convoyeurs et de trémies.
Comment les responsables des processus miniers planifient-ils ces derniers, tout en prenant en compte l’ensemble des points ci-dessus ? Traditionnellement, ils établissent des hypothèses, qui sont toujours loin de la réalité, comme par exemple :
- La distance moyenne de transport. La durée du cycle de transport varie, d’un lieu à un autre et d’une heure à une autre, sous l’influence de paramètres ne pouvant être contrôlés.
- Durée moyenne de déchargement. Si le système est débordé ou s’il y a des files d’attente devant les cheminées, la durée du déchargement varie.
- Pourcentage de temps où un convoyeur est arrêté en raison d’un trop-plein. Il n’est jamais constant et il est impossible d’arrêter un chiffre unique.
La simulation permet aux planificateurs miniers de modéliser les processus tels qu’ils sont et de se débarrasser de ces hypothèses.
Avec l’aide d’Amalgama et d’une des entreprises du « Big Four » du secteur de l’audit, le premier producteur de potasse européen a simulé des processus miniers en faisant appel à AnyLogic. Une grande mine de potasse a une dimension de 8 x 8 km. 900 000 tonnes sont extraites par mois sur trois niveaux souterrains. La mine dispose de 21 km de tapis convoyeurs, qui transportent le minerai dans le système, en direction du skip. Le minerai est extrait à l’aide de foreuses, qui broient en permanence les roches et les chargent sur les dispositifs porte-minerai attachés aux foreuses. Ce minerai est ensuite déchargé dans un camion, ces derniers faisant des allers-retours entre les foreuses et les cheminées.
Foreuse et camions de déchargement
La capacité d’une cheminée est de trois tonnes, tandis qu’un camion transporte 22 tonnes de minerai. Après les trois premières tonnes, la vitesse de déchargement dépend de la charge du système de transport sous la cheminée. Étant donné que le convoyeur peut déjà être chargé avec du minerai provenant d’autres foreuses en amont, le système peut être surchargé. Pour se débarrasser de cette contrainte, les planificateurs miniers allaient changer la configuration des équipements en ajoutant des chargeuses de minerai mobiles, aussi appelées MOL. Dans ce scénario TO-BE, les MOL jouaient le rôle de tampon entre les camions et les cheminées. Le camion déchargeait rapidement le minerai dans le MOL et retournait vers la foreuse, tandis que le MOL continuait de décharger le minerai dans le système de transport.
Ajout de chargeuses de minerai mobiles
Grâce à l’ajout d'une capacité de tampon, les planificateurs miniers espéraient raccourcir la durée du cycle de déchargement des camions. La question principale consistait à déterminer si l’utilisation des MOL leur permettrait de se débarrasser d’une foreuse tout en maintenant le même volume de production. La foreuse impliquait des dépenses d’exploitation élevées et nécessitait de disposer d’une équipe chargée de la maintenance sur le site, ainsi, sa suppression permettrait de réduire significativement les dépenses d’exploitation. Les autres questions consistaient notamment à savoir quelle foreuse devait être supprimée et où les cinq MOL devaient être utilisés.
Solution :
Les développeurs de simulation d’Amalgama ont créé un modèle AnyLogic de la mine par simulation, afin de répondre à ces questions. Ce modèle incluait l’ensemble du processus minier, du forage jusqu’au levage, et respectait précisément la configuration de l’usine.
Modèle de la mine en 3D par simulation
Modèle de la mine par simulation
Foreuses candidates au retrait avec une influence minime sur le rythme de production de la mine
Il était très détaillé et l’ensemble des processus étaient simulées avec un niveau de simplification minimal, ce qui en faisait un modèle particulièrement réaliste.
La première expérience réalisée avec ce modèle consistait à observer la façon dont le système minier se comportait si la contrainte externe de la vitesse du convoyeur était supprimée. Cette expérience a permis de trouver trois foreuses, qui présentaient une cadence de production limitée par des contraintes internes telles que leurs propres performances, la fréquence des opérations de maintenance et la taille de leurs dispositifs porte-minerai.
L’impact du retrait de chacune des trois foreuses
En conséquence, trois foreuses ont été sélectionnées pour être potentiellement retirées avec une influence minimale sur le rythme de production de la mine, étant donné que les MOL permettraient uniquement de supprimer les contraintes dues à la vitesse et à la capacité des convoyeurs.
L’impact de la suppression de chacune de ces trois foreuses a été étudié à l’aide de la simulation. Ces expériences ont montré que la suppression de la foreuse #65 était celle qui avait le moins d’impact sur la production.
Puis plusieurs scénarios ont été explorés, afin de déterminer où les cinq MOL devaient être envoyés pour maximiser la production de minerai. Les MOL ont été envoyées vers cinq foreuses préalablement sélectionnées. Ce scénario a montré une baisse du volume de production s’élevant à 1,02 % seulement, ce qui était négligeable. Dans le même temps, ce scénario a montré une réduction significative des OPEX, étant donné qu’une foreuse avait été retirée de la mine.
Conclusions :
Le modèle de mine souterraine par simulation a permis au premier producteur de potasse en Europe de réaliser des améliorations opérationnelles. Celles-ci ont permis de réduire les coûts d’exploitation tout en gardant le même volume de production. Une fois ce projet terminé, le modèle minier par simulation a continué d’être utilisé dans le cadre de la planification mensuelle de la production, de l’identification des potentiels goulets d’étranglement du processus et de l’évaluation des changements proposés.
Présentation du projet par Andrey Malykhanov, d’Amalgama
