Pour autant, cela ne signifie pas qu'il n'y a pas eu de progrès dans la résolution de ce problème. Depuis la formulation de l'algorithme Lerchs-Grossman en 1965, des améliorations constantes ont été apportées à l'optimisation des fosses. Au fil des ans, des méthodes alternatives ont vu le jour, chaque nouvelle méthode capturant mieux la complexité de l'optimisation des fosses en tenant compte de nouvelles variables.
Parmi ces nouvelles méthodes, citons la planification directe des blocs (Direct Block Scheduling - DBS). Cette dernière approche prend en compte les implications des variables temporelles pendant le processus de planification, afin d'assurer une forme de fosse véritablement optimisée. Compte tenu de cet avantage supplémentaire, la planification directe des blocs s'avère être la prochaine étape du changement dans l'industrie et rapproche les mines d'opérations optimisées.
Quel est le problème de l'optimisation des fosses ?
L'optimisation des fosses tente de répondre aux questions les plus fondamentales concernant la forme des fosses, la planification des mines et l'aspect économique.
Pour un nouveau site, ces questions peuvent inclure :
- Quelle est la limite ultime de la fosse ?
- Quelle devrait être la capacité du site ?
- Est-ce que cela vaut la peine d'acquérir une concession limitrophe ?
- À quoi devraient ressembler les phases internes ?
Autrement, pour une exploitation sur ancien site, les questions pourraient être :
- Les phases existantes sont-elles toujours valables ?
- Une zone minière devrait-elle se développer avant une autre ?
- Les dépenses en capital pour augmenter les taux d'extraction ajouteront-elles de la valeur à la mine ?
Bien que ces questions ne soient pas insolubles, elles sont complexes et impliquent de nombreuses étapes de définition et d'analyse des problèmes.
La méthode privilégiée de l'industrie
À l'heure actuelle, l'approche couramment employée combine des techniques d'optimisation et d'heuristique. Cette approche comporte trois étapes principales :
- Trouver la limite ultime de la fosse
- Sélectionner les phases internes
- Déterminer les calendriers d'extraction et de traitement
Pour résoudre le problème ultime de la limite de la fosse, les algorithmes Lerchs-Grossman (LG) et Pseudoflow sont couramment employés et constituent les normes acceptées de l'industrie. Ces algorithmes sont tous deux des variantes du problème de fermeture maximale et ils génèrent une série d'enveloppes de fosse en faisant varier les recettes d'entrée pour un ensemble fixe de coûts. Bien que les deux algorithmes soient généralement rapides et produisent des réponses fiables et reproductibles, ils ne peuvent pas tenir compte des contraintes de capacité ou de la valeur temporelle de l'argent.
Après avoir sélectionné la limite ultime de fosse, les enveloppes de fosse avec facteurs de revenus provenant des algorithmes LG ou Pseudoflow sont généralement employées, afin de déterminer les formes candidates pour les phases internes. La sélection des phases est un processus hautement itératif qui prend en compte des éléments tels que les géométries opérationnelles, le volume total et la livraison du minerai au traitement.
En ce qui concerne le problème de planification de la production minière, une approche de programmation linéaire à nombres entiers mixtes (MILP - mixed-integer linear programming) est généralement adoptée. Cela permet d'optimiser simultanément le problème de la source et de la destination, tout en procurant d'excellentes indications sur le moment où de nouvelles zones devraient être ouvertes, quel matériel devrait alimenter l'installation et les stratégies de stockage à long terme. Cependant, les problèmes traditionnels concernant la MILP deviennent souvent trop importants pour être résolus dans un délai raisonnable s'il y a trop de décisions minières à prendre ou trop de contraintes appliquées.
Une nouvelle approche
La planification directe des blocs (DBS) est une nouvelle technique d'optimisation des fosses et de planification stratégique. La DBS utilise la MILP pour trouver la limite optimale de la fosse en déterminant quand chaque bloc est extrait et si ce bloc est composé de minerai ou de rebuts. Les techniques DBS sont possibles grâce aux récentes avancées mathématiques, telles que l'algorithme Bienstock-Zuckerberg (BZ). Ce nouvel algorithme prend en compte les caractéristiques spécifiques du problème de planification de mine pour résoudre rapidement certaines parties du processus MILP.
Cette approche optimise la fosse tout en prenant simultanément en compte les contraintes de taux d'actualisation et de capacités variables dans le temps, les décisions relative au capital, les coûts et les prix des matières premières. La séquence d'extraction de blocs se déroule bloc par bloc, afin de fournir des indications claires en vue de la sélection des phases. Ainsi, les mines peuvent avoir une vision en profondeur de la rentabilité de leur gisement, tout en tenant compte des aspects les plus critiques de l'extraction et du traitement.
L'aspect le plus important de la DBS pour l'optimisation des fosses est la prise en compte des variables temporelles. Il s'agit notamment des contraintes spatiales qui peuvent modéliser les déplacements majeurs d'infrastructures, les modifications futures des limites des permis et les limitations d'assèchement. Ces contraintes, combinées à d'autres variables temporelles appliquées aux coûts, aux revenus et aux contraintes de capacité, prévoient des teneurs de coupure dynamiques (COG) qui changent à chaque période d'exploitation. Les COG dynamiques sont appliquées à la définition simple des stériles miniers, ainsi qu'à l'acheminement correct du minerai vers plusieurs installations de traitement qui peuvent être en concurrence pour celui-ci.
Un autre avantage de la DBS est la capacité d'examiner plusieurs modèles de blocs lors de l'optimisation. Ces différentes zones de la mine peuvent partager des ressources minières et de traitement limitées pour fournir des solutions de fosse réalistes. Il est également possible d'employer des modèles à blocs multiples pour estimer les pressions de traitement concurrentielles provenant de sources externes de minerai, telles que les mines souterraines ou les expéditions de concentrés. Cela garantit que les matériaux de la fosse sont extraits à la bonne période d'extraction et qu'ils sont acheminés à la meilleure destination possible.
Au-delà de la forme de fosse et de l'acheminement du minerai ultimes, la sélection des phases internes a un impact considérable sur la valeur de n'importe quelle mine à ciel ouvert. Les enveloppes de fosse avec facteurs de revenus déterminées selon LG/Pseudoflow donnent des indications pour la sélection des phases. Toutefois, ces enveloppes de fosse ne sont pas en mesure de respecter de nombreuses contraintes opérationnelles et financières. Par conséquent, dans de nombreux cas les enveloppes de fosse avec facteurs de revenus ne produisent pas de bons résultats pour la sélection des phases. La solution bloc par bloc générée par l'optimisation des fosses DBS indique exactement où la fosse devrait progresser dans chaque période. Ceci donne des orientations robustes sur la définition des phases internes, ce qui conduit à une conception de plus grande valeur.
Planification directe des blocs en pratique
L'application de la DBS dans l'optimisation et la planification des fosses offre plusieurs avantages commerciaux.
L'impact le plus significatif est l'augmentation de la valeur des projets. Dans le flux de travail d'optimisation hérité utilisant LG/Pseudoflow, il était possible de trouver de bonnes solutions par le biais de nombreuses itérations, mais ces solutions étaient rarement optimales. Les généralisations et les hypothèses qui alimentent le flux de travail hérité empêchent les mines de réaliser leur plein potentiel. Ces hypothèses laissent une valeur inexploitée au sein du projet au stade le plus critique de l'évaluation et de la planification minière. L'optimisation des fosses DBS est en mesure de prendre directement en compte bon nombre des aspects pertinents les plus complexes. En prenant directement en compte ces paramètres, l'optimiseur fournit une solution globalement optimale. Cela permet aux entreprises d'augmenter leur retour sur investissement et de concentrer leurs efforts de planification sur les domaines de la plus grande importance.
Outre la simple augmentation de la valeur du projet, l'utilisation de la DBS peut également réduire les risques associés à un projet minier. La réduction du nombre d'itérations par scénario donne aux entreprises la possibilité de tester beaucoup plus de scénarios qu'auparavant. Ces scénarios supplémentaires peuvent offrir des perspectives sur les vulnérabilités d'un projet ou être utilisés pour tester des stratégies d'atténuation. Limiter le nombre d'hypothèses nécessaires lors de l'optimisation de la fosse entraîne une réduction supplémentaire des risques. La DBS est en mesure de prendre directement en compte les coûts variables, les prix des matières premières et les goulets d'étranglement opérationnels. En définissant clairement ces variantes temporelles tout au long de la vie de la mine, l'optimisation des fosses DBS fournit une solution parfaitement adaptée à un large éventail d'intrants.
Qu'est-ce que cela signifie pour les opérations futures ?
Bien que la DBS soit une approche relativement nouvelle dans le monde de l'optimisation des fosses, elle est disponible dans quelques suites logicielles commerciales. Parmi celles-ci, Deswik Global Optimization (Deswik.GO) utilise la DBS pour résoudre le problème d'optimisation des fosses et d'autres méthodes MILP pour une planification stratégique des mines plus détaillée. L'application de la DBS pour l'optimisation des mines devient de plus en plus courante au fur et à mesure que les sociétés minières se mettent à utiliser ces méthodes pour créer plus de valeur à partir de leurs opérations.
Les algorithmes LG et Pseudoflow ont tous deux représenté des progrès majeurs dans le domaine de l'optimisation des fosses pour leur époque, mais la voie de l'optimisation est un processus continu. La DBS libère le potentiel des variables temporelles pour fournir des formes de fosse optimales qui sont conformes à des scénarios réalistes et génèrent la meilleure valeur possible pour chaque mine.
Cet article a été publié dans le numéro de juin de Global Mining Review.