Ore Loss Mechanisms in Diamond Layout Sublevel Open Stoping for Moderately Dipping Medium-Thick Orebodies

Profondément sous la surface de la terre, de vastes gisements d'or, de fer et d'autres métaux reposent piégés dans des couches rocheuses qui s'inclinent doucement plutôt que de se tenir verticalement. Ce sont des corps minéralisés à pendage modéré, et ils détiennent une part importante de la richesse minérale mondiale. Pendant des décations, les mineurs ont lutté pour extraire ces ressources efficacement. Les méthodes traditionnelles nécessitent souvent de laisser derrière elles de grands piliers de roche pour soutenir le plafond, ce qui gaspille un minerai précieux et crée des risques pour la sécurité. D'autres approches consistent à remplir les espaces exploités avec des stériles, un processus lent, coûteux et difficile à gérer. Une technique plus récente appelée l'abattage par sous-niveau à ciel ouvert en configuration diamant offre une alternative prometteuse. Elle utilise la gravité pour tirer la roche fragmentée vers des points de collecte, permettant aux mineurs de travailler en toute sécurité depuis des galeries et d'extraire davantage de ressources. Cependant, même avec cette méthode avancée, un problème persistant demeure : une quantité significative de minerai est laissée derrière, coincée dans les coins et le long des parois de l'excavation.

Le problème central réside dans la manière dont la roche fragmentée se comporte lorsqu'elle s'écoule. Contrairement à l'eau, qui coule de manière fluide, la roche concassée est un mélange chaotique de morceaux dentelés qui peuvent s'enrayer, se verrouiller ou glisser de manière inégale. Lorsque les mineurs tentent d'extraire ce matériau, une partie de celui-ci refuse de bouger, s'accrochant au sol ou se retrouvant piégée entre les tunnels où s'effectue la collecte. Ce matériau perdu représente une perte financière directe et un gaspillage des ressources de la planète. Comprendre exactement pourquoi cela se produit, et comment l'empêcher, fait la différence entre une mine rentable et une mine en difficulté. Des chercheurs de l'Université Northeastern en Chine ont entrepris de résoudre ce casse-tête en étudiant la mécanique spécifique de l'écoulement de la roche dans ces tunnels inclinés, en se concentrant sur trois facteurs : l'angle du plancher de la galerie, la rugosité de la surface rocheuse et la distance entre les points de collecte.

Pour mener cette investigation, l'équipe a construit un modèle réduit d'une mine dans leur laboratoire. Ils ont rempli une boîte transparente de roche concassée correspondant à la taille et à la forme du minerai trouvé dans une véritable mine d'or. En ajustant l'angle du plancher, en changeant la texture de la surface pour qu'elle soit soit lisse, soit rugueuse, et en modifiant la distance entre les tunnels de collecte, ils pouvaient observer exactement comment la roche se déplaçait. Ils ont également réalisé des simulations informatiques qui suivaient le mouvement de millions de particules rocheuses individuelles, permettant de visualiser des forces et des interactions invisibles à l'œil nu. L'objectif était d'identifier les formes spécifiques du minerai résiduel et de déterminer quels réglages permettraient de récupérer le plus de minerai.

Les expériences ont révélé que le minerai perdu ne disparaît pas de manière aléatoire ; il forme trois motifs distincts. Le premier est une couche de roche qui colle au fond du tunnel, incapable de glisser en raison de la friction. Le second est un tas triangulaire de roche qui reste coincé à l'extrémité même d'un tunnel de collecte. Le troisième est une crête de roche qui demeure dans l'espace situé entre deux tunnels de collecte adjacents, simplement parce que l'équipement minier ne peut pas atteindre cette zone. Les chercheurs ont découvert que l'angle du plancher de la galerie joue un rôle critique. Si l'angle est trop faible, la roche reste coincée dans un tas large et irrégulier le long du sol. Si l'angle est trop raide, la quantité totale de roche pouvant être extraite diminue car la géométrie du tunnel change. Il existe un point d'équilibre optimal où le flux est optimisé.

L'équipe a découvert que la rugosité de la surface du plancher est tout aussi importante que l'angle. Lorsque le plancher était constitué de fragments rocheux rugueux et dentelés, le matériau se déplaçait beaucoup plus lentement et laissait derrière lui beaucoup plus de résidus. Lorsque le plancher a été lissé, la roche a coulé plus librement et moins de matière a été laissée. Cela suggère que, dans une mine réelle, le lissage du plancher ou l'utilisation d'eau pour réduire la friction pourrait améliorer la récupération. La distance entre les tunnels de collecte importait également. Lorsque les tunnels étaient placés plus près les uns des autres, moins de roche restait piégée dans les crêtes entre eux. Cependant, placer les tunnels trop près les uns des autres augmente le coût de construction des tunnels, un équilibre doit donc être trouvé.

À travers leurs modèles physiques et leurs simulations informatiques, les chercheurs ont identifié les conditions optimales pour extraire ce type de minerai. Ils ont découvert qu'un angle de plancher de tunnel de 40 degrés offrait le taux de récupération le plus élevé, capturant environ 83,6 % du minerai disponible lorsque le plancher était rugueux. Si le plancher était plus lisse, le taux de récupération pouvait atteindre près de 89 %. À un angle plus raide de 50 degrés, la roche qui s'accroche habituellement au sol disparaît entièrement, mais la quantité totale de minerai récupérée diminue légèrement car la forme du tunnel change. Les simulations ont confirmé que la roche a tendance à s'écouler préférentiellement le long des parois supérieures du tunnel, tandis que les particules proches du sol restent compressées et bloquées. Ce comportement explique pourquoi l'angle du plancher et la texture de la surface sont si décisifs.

Les conclusions n'étaient pas seulement théoriques. Les chercheurs ont testé leurs observations sur une mine d'or active en Chine pour une application sur le terrain. Ils ont utilisé la technologie de balayage 3D pour cartographier les espaces vides laissés après l'exploitation, comparant les résultats du monde réel avec leurs prédictions de laboratoire. Les scans ont confirmé que les trois types de roche résiduelle identifiés en laboratoire étaient effectivement présents dans la mine. Le taux de perte théorique calculé par leurs modèles était d'environ 34 %, tandis que la perte réelle mesurée sur le terrain était légèrement supérieure, à 38,2 %. La différence est probablement due à la nature imprévisible des tirs de mine réels et au comportement complexe de la roche qui ne peut être parfaitement reproduit dans un modèle. Néanmoins, la correspondance étroite entre le modèle et la réalité valide l'approche.

L'étude conclut qu'il n'existe pas un réglage unique qui résolve le problème de la perte de minerai. Au lieu de cela, cela nécessite un équilibre minutieux entre l'angle du tunnel, la lissé du plancher et l'espacement des points de collecte. En visant un angle de 40 à 45 degrés et en gérant la friction de surface, les opérations minières peuvent réduire considérablement la quantité de métal précieux laissée derrière. Ce travail fournit un guide clair et fondé sur des données pour permettre aux ingénieurs d'optimiser leurs plans miniers, garantissant qu'une plus grande partie des ressources de la terre soit récupérée de manière sûre et efficace. La recherche démontre que même dans le monde chaotique de la roche fragmentée, des motifs prévisibles existent, et que leur compréhension peut mener à de meilleurs résultats pour l'industrie.