Chuquicamata : surveillance de l'une des plus grandes mines souterraines du monde

Défi

L'effondrement de blocs présente plusieurs risques géotechniques potentiels. Par exemple, les charges in situ changent constamment et, par conséquent, il en va de même pour les exigences des systèmes locaux de soutien et de renforcement. À cela s'ajoutent les contraintes excessives, la déformation du sol due à l'excavation, les détonations de roches et d'autres événements qui affecteront la sécurité de la mine. D'où l'importance d'utiliser des instruments géotechniques pour surveiller les différentes variables de sécurité d'une masse rocheuse, le comportement des systèmes de soutien et de renforcement, et d'autres éléments importants.

Un autre défi important est le manque d'accès à l'énergie électrique, car les enregistreurs de données traditionnels nécessitent une alimentation constante à partir d'une source externe. En outre, la sortie des données de la mine est un problème, en raison de la dépendance à l'égard des fils qui peuvent facilement être coupés accidentellement, ainsi que du manque d'accès aux nœuds de communication qui peuvent transmettre les données à l'extérieur de la mine.

Voilà quelques-uns des défis que devait relever Chuquicamata lorsqu'elle a commencé ses opérations minières souterraines. Codelco a confié cette tâche à son partenaire de surveillance géotechnique et structurelle, Geosinergia. Codelco a demandé un système de surveillance offrant une meilleure couverture que les solutions traditionnelles et reflétant l'état de l'art de la technologie minière moderne. L'objectif était de déployer un système capable de couvrir l'immensité de Chuquicamata, afin que ses opérations restent sûres, efficaces et sans interruption.

La surveillance souterraine aujourd'hui

Geosinergia est fière de sa solide formation d'ingénieur, avec 20 ans d'expérience dans les secteurs de l'exploitation minière, des infrastructures et des travaux publics. Igor Bravo, directeur général de l'entreprise et ingénieur de formation, a résumé certains des défis que pose la surveillance d'une mine souterraine :

"Lorsque vous allez sous terre, c'est un monde différent. Vous devez travailler avec des instruments spécialisés comme les systèmes de stress in situ, qui sont beaucoup plus complexes et comportent des dizaines de capteurs. Tout le monde comprend ce qu'est une mine à ciel ouvert. Mais une mine souterraine ? Pas tant que ça".

Jusqu'à présent, il y a eu peu de nouveautés dans le domaine de la surveillance souterraine. Les solutions filaires traditionnelles ont toujours été encombrantes, coûteuses et précaires. Elles impliquent le déploiement de plusieurs kilomètres de fil pour connecter les capteurs, un fil très vulnérable au passage de machines lourdes. Les caractéristiques des mines, telles que les puits, les tunnels coudés ou les treuils, compliquent encore le déploiement de ces systèmes et les rendent plus sujets aux dysfonctionnements, tout en augmentant leur coût. De plus, étant donné l'éloignement et la difficulté d'accès à certaines parties de la mine (certains capteurs sont installés dans des zones où aucune présence humaine n'est prévue), les réparations et la maintenance régulière ne sont souvent pas des options réalistes.

Ce sont quelques-unes des raisons pour lesquelles, historiquement, de nombreux exploitants de mines se sont débarrassés des câbles et ont recouru à la collecte manuelle des données. Cependant, ces méthodes ne sont pas non plus fiables, car elles produisent des données incohérentes et - surtout - avec de grands écarts entre les relevés. Les mouvements du sol peuvent se produire en quelques secondes seulement, mettant en danger des vies et des équipements, d'où l'importance d'une disponibilité constante des données pour permettre une prise de décision rapide.

Solution

Cependant, l'effondrement de blocs présente plusieurs risques géotechniques potentiels. Par exemple, les charges in situ changent constamment et, par conséquent, il en va de même pour les exigences des systèmes de soutien et de renforcement locaux. À cela s'ajoutent les contraintes excessives, la déformation du sol due à l'excavation, les détonations de roches et d'autres événements qui affecteront la sécurité de la mine. D'où l'importance d'utiliser des instruments géotechniques pour surveiller les différentes variables de sécurité d'une masse rocheuse, le comportement des systèmes de soutien et de renforcement, et d'autres éléments importants.

Un autre défi important est le manque d'accès à l'énergie électrique, car les enregistreurs de données traditionnels nécessitent une alimentation constante à partir d'une source externe. En outre, la sortie des données de la mine est un problème, en raison de la dépendance à l'égard des fils qui peuvent facilement être coupés accidentellement, ainsi que du manque d'accès aux nœuds de communication qui peuvent transmettre les données à l'extérieur de la mine.

Voilà quelques-uns des défis que devait relever Chuquicamata lorsqu'elle a commencé ses opérations minières souterraines. Codelco a confié cette tâche à son partenaire de surveillance géotechnique et structurelle, Geosinergia. Codelco a demandé un système de surveillance offrant une meilleure couverture que les solutions traditionnelles et reflétant l'état de l'art de la technologie minière moderne. L'objectif était de déployer un système capable de couvrir l'immensité de Chuquicamata, afin que ses opérations restent sûres, efficaces et sans interruption.

Atouts

Robustesse et fiabilité

Rodrigo Vicencio, directeur de l'exploitation de Geosinergia, fait remarquer que la fiabilité des systèmes de surveillance est depuis longtemps un problème :

"Il était très habituel d'installer plusieurs capteurs et de les laisser surveiller avec des enregistreurs de données de différentes marques. Et tout au long de la vie du projet, pour une raison ou une autre, ceux-ci cessaient de lire, ou la communication était interrompue. Ce que Worldsensing nous a apporté, c'est la fiabilité, la confiance que les systèmes resteront en ligne."

Les dispositifs de Worldsensing, grâce à leur facilité d'installation, à l'utilisation de composants de qualité et à leur construction robuste (avec une plage opérationnelle de -40ºC à +80ºC), à des batteries internes pouvant durer jusqu'à 10 ans et à la technologie LoRA à faible puissance, peuvent fonctionner pendant des années sans nécessiter de contrôle de maintenance. Il en résulte un système qui nécessite une intervention humaine minimale. À titre d'exemple, Vicencio se souvient de l'une de leurs premières installations de télésurveillance, en 2016 :

"L'une des passerelles [Worldsensing] que nous avons installée au départ a continué à surveiller pendant des années, sans qu'aucune intervention n'ait été effectuée. Je n'ai pas eu à vérifier cette passerelle depuis que je l'ai installée. Ce type de fiabilité est l'un des plus grands avantages de ce système."

Et Bravo ajoute :

"Vous rendez les appareils autonomes en matière d'alimentation, vous supprimez également les fils. Dans l'ensemble, vous éliminez les points faibles du système. On passe donc de systèmes où l'on installait 100 instruments et où ils tombaient sans cesse en panne, et où l'on s'apercevait à la longue que seuls 15 ou 18 fonctionnaient, à des systèmes comportant des milliers d'instruments qui resteront opérationnels à 100 %."

Un nouveau paradigme de la sécurité

La facilité d'installation, la fiabilité et l'absence de fils font baisser les coûts et permettent le déploiement et le soutien de réseaux de surveillance plus importants. Cela accroît la sécurité des sites souterrains de grande envergure comme Chuquicamata. Ses exploitants peuvent désormais bénéficier d'une couverture de surveillance dans toutes les parties de la mine et obtenir une image claire des conditions sur l'ensemble du site.

Ceci, à son tour, soutient l'évolution de l'industrie vers une surveillance plus préventive. De plus en plus, la sécurité dans les mines ne consiste plus seulement à retirer les personnes et les équipements d'une zone dangereuse avant qu'un accident ne se produise, ou à minimiser les dommages lorsqu'un accident se produit - il s'agit de faire en sorte que les accidents ne se produisent pas du tout. Bravo résume la situation :

"Aujourd'hui, le concept de sécurité est différent. Nous voulons anticiper la formation d'un défaut important, et non attendre que le radar le voie. Ensuite, nous pouvons arrêter ce processus à l'aide d'autres outils. C'est ce qu'on nous demande."

Un effondrement peut signifier la perte d'équipements valant des dizaines de millions de dollars et l'arrêt des opérations pendant un temps considérable. Et c'est sans compter le coût humain. Ainsi, le fait de disposer d'un flux de données fiables et constantes permet à l'opérateur d'effectuer des travaux d'atténuation des risques - par exemple le renforcement d'une structure rocheuse soumise à une contrainte excessive - chaque fois que le système déclenche une alerte dans une zone donnée. Le système peut également aider à vérifier l'efficacité de ces travaux d'atténuation en temps quasi réel, de sorte que l'opérateur peut être sûr qu'une zone a été entièrement sécurisée avant de reprendre les opérations minières. Cela permet d'optimiser la productivité d'une mine souterraine en réduisant les risques de perturbation dus aux accidents. Cela peut également permettre d'ouvrir de nouveaux gisements qui, autrement, auraient été considérés comme trop risqués.

Regarder vers l'avenir

L'un des avantages de l'exploitation minière souterraine est qu'elle peut prolonger la durée de vie des mines à ciel ouvert sans augmentation massive des coûts. Ainsi, Geosinergia pense que le fait de disposer de solutions de surveillance éprouvées et adaptées aux besoins de l'exploitation minière souterraine deviendra un avantage significatif dans les années à venir, car de nombreuses mines à ciel ouvert épuiseront leurs gisements plus accessibles près de la surface.

Compte tenu de sa taille et de sa sophistication, l'industrie minière chilienne est depuis longtemps l'une des références en matière de déploiement et d'essai de nouvelles technologies. Le nouveau système de surveillance d'El Chuquicamata mettra en évidence les avantages d'une solution de télésurveillance IoT dans le cadre de la sécurité d'une mine souterraine. Alex Rojas, directeur général de Geosinergia, voit les choses ainsi :

"Chuquicamata est la plus grande mine du monde. Et le défi consiste à rendre entièrement automatisés tous les systèmes de surveillance géotechnique à l'intérieur de plusieurs unités minières souterraines de Chuquicamata. Et ce faisant, nous changerons le paradigme."

À plus long terme, Geosinergia pense que les nouvelles générations de directeurs miniers chercheront à exploiter les avantages des nouvelles technologies axées sur les données. Les enregistreurs de données dynamiques, par exemple, peuvent effectuer des calculs localement et n'envoyer que les données pertinentes et exploitables aux exploitants miniers. L'installation de Chuquicamata est donc la première étape vers des systèmes de surveillance plus robustes et plus intelligents.