À l’époque où Kirkland Lake Gold a pris possession du complexe minier Macassa, en 2002, l’activité sismique quotidienne sur le site de la mine profonde en roche dure de l’Ontario présentait des difficultés notoires en matière de planification. En 1993, un coup de toit a provoqué la mort de deux personnes. En 1997, un forage de longs trous de routine a déclenché une série de coups de toit qui ont rendu le puits principal inutilisable au-dessous de 5 800 pieds.

Afin de maintenir la sécurité des opérations à la mine Macassa, Kirkland Lake s’appuie sur un système de surveillance microsismique récemment mis à niveau pour obtenir des alertes en temps réel et des données historiques dont elle tient compte pour ses prises de décision à court et à long terme. « Pour continuer d’exploiter une mine dans une région sujette à une activité sismique, nous avons besoin de ces informations », a déclaré Chris Chartrand, planificateur minier principal à Macassa.

La technologie

Le technologue principal en contrôle des pressions de terrain, Richard Hong, était à l’aube de sa carrière quand il a installé le premier système de surveillance technique à Macassa au milieu des années 1980. Depuis son retour à la mine il y a huit ans, il a supervisé la dernière mise à niveau, à l’échelle de la mine, du système Paladin vendu par la société ESG Solutions établie à Kingston, en Ontario, l’une des deux seules sociétés dans le monde qui fournissent des systèmes de surveillance microsismique pour les mines souterraines.

À Macassa, le réseau de capteurs s’agrandit à mesure que la mine se développe, et il est maintenant l’un des plus grands réseaux en Ontario. Il couvre le corps minéralisé de la Zone principale d’origine et le Complexe minier sud plus récent. Pour l’ensemble de la mine, la couverture est assurée par 9 géophones triaxiaux et 90 accéléromètres uniaxiaux, le réseau étant optimisé pour permettre la localisation des sources la plus exacte. Ces capteurs réagissent à des événements d’une fréquence supérieure, d’une magnitude plus faible.

Le système souterrain est complété en surface par le système SGM Paladin (Strong Ground Motion, forts mouvements du sol) qui utilise des géophones triaxiaux conçus pour les événements d’une fréquence inférieure, d’une magnitude supérieure. Cela permet à l’équipe de contrôle des pressions de terrain de calculer une valeur de magnitude pour les événements plus importants qui autrement satureraient les capteurs souterrains.

Si la technologie des capteurs en elle-même a peu changé depuis les années 1980, le matériel et les logiciels qui reçoivent et interprètent les signaux des capteurs sont beaucoup plus sophistiqués. Chaque capteur transmet les signaux au moyen d’un câble en cuivre à un enregistreur numérique Paladin installé à proximité, dans les chantiers miniers. L’enregistreur Paladin enregistre ces signaux avec l’heure exacte et transmet l’information par fibre optique à un ordinateur d’acquisition de données situé en surface, dans le bureau de contrôle des pressions de terrain. Dans la version actuelle, la seule limite au nombre de canaux possibles est déterminée par la capacité du matériel de traitement, un facteur important dans la décision de mise à niveau pour la mine en expansion.

Depuis la surface, M. Hong et les trois personnes de l’équipe de contrôle des pressions de terrain assurent une surveillance 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, au moyen de la suite logicielle exclusive d’ESG sur un ordinateur Windows. Le module WaveVis détecte l’heure d’arrivée de chaque onde et calcule l’emplacement de la source de l’événement par rapport à un modèle géophysique. SeisVis visualise la sismicité dans un modèle 3D du site minier et permet aux opérateurs de procéder à une analyse avancée au moyen des données. Il affiche l’information en temps réel ou par transmission animée en différé.

Toutes les 12 heures, l’équipe de surveillance des pressions de terrain examine les données et publie des rapports qui sont communiqués à toutes les équipes de production pendant les réunions sur la sécurité précédant leur quart de travail. Les autres membres du personnel concerné, comme M. Chartrand, peuvent consulter eux-mêmes le modèle 3D.

« Le programme sismique m’indique avec exactitude où s’est produit un événement sismique au cours des dernières 24 heures, ainsi que sa magnitude », a précisé M. Chartrand. « Je peux faire une rotation de toute la mine en 3D et repérer le lieu exact de chaque événement. Tous nos coups de mine sont également indiqués en temps réel, si bien que nous pouvons dire si l’événement s’est produit en même temps qu’un coup de mine ou entre des coups de mine. »

Le bureau de M. Hong utilise d’autres outils pour faire une analyse postérieure des données sismiques. L’un d’eux est le programme mXrap, une plateforme mise sur pied par l’Australian Centre for Geomechanics avec l’aide financière d’un consortium dont fait partie de Kirkland Lake.

« Nous utilisons régulièrement mXrap afin d’examiner les fronts d’avancement présentant une activité sismique pour décider des activités suivant les coups de mine, pour déterminer le moment de reprise des activités, et pour planifier les coups de mine de production plus importants », a expliqué M. Hong. « De plus, toutes les deux semaines, nous menons une analyse postérieure, à l’échelle de la mine, et nous nous concentrons sur les fronts d’avancement les plus actifs pendant cette période afin de déterminer le mécanisme de la séismicité – s’il est lié à la géométrie, à la réduction de la dimension d’un étai de mine ou aux séquences minières. »

Sécurité et planification minière

De puissants événements microsismiques – définis à Kirkland Lake Gold comme ceux ayant une magnitude locale de -1 ou supérieure – se produisent presque chaque jour, mais ne touchent les équipes au travail que quelques fois par mois. Habituellement, ils ont lieu au moment d’un coup de mine quand les équipes qui travaillent sous terre ne sont pas présentes.

En cas d’activité sismique inhabituelle, les responsables de la production et du contrôle des pressions de terrains peuvent prendre immédiatement des mesures. « Si, pendant un quart de travail, nous constatons une intensification d’événements dans un front d’avancement particulier, nous pouvons faire sortir l’équipe du front d’avancement pour le reste du quart de travail », a indiqué M. Hong. Les membres de l’équipe eux-mêmes, s’ils entendent un bruit suspect, peuvent appeler l’équipe de contrôle des pressions de terrains pour demander s’ils doivent quitter les lieux. Cela peut prendre de 10 minutes à une demi-heure pour faire sortir l’équipe.

À plus long terme, l’équipe de contrôle des pressions de terrains contribue à éviter les interruptions imprévues dans le programme en participant à la planification minière.  L’équipe de contrôle des pressions de terrains examine les options en matière de conception et fait des recommandations sur le meilleur scénario à suivre compte tenu de la sismicité connue de certaines zones. Généralement, la contribution de l’équipe de contrôle des pressions de terrains peut avoir une influence sur le choix de la méthode d’exploitation, sur les séquences minières ou sur le délai minimum de reprise du travail dans une zone après un coup de mine.

Normalement, si un coup de mine a été effectué à la fin du premier quart de travail, le deuxième quart pourra entrer et déblayer la chambre. Quand on sait qu’une zone connaît une forte activité sismique, l’équipe de contrôle des pressions de terrains recommande que personne n’y pénètre avant un délai minimum de 12 heures. « Habituellement, nous le savons avant même d’amorcer le plan de trois mois, et nous en tenons compte », indique M. Chartrand. « Ces reprises après un délai de 12 heures ont généralement lieu dans les zones de forage de longs trous. »

Comme il s’agit d’un problème courant et prévisible, le calendrier de production prévoit une marge pour les ralentissements occasionnels. « Nous ne planifions pas nécessairement un coup de mine à chaque quart de travail », a déclaré Dave Willoughby, ingénieur en chef. « Nous prévoyons un certain nombre de coups de mine par semaine, en sachant qu’il pourrait y avoir de nombreuses raisons pour qu’une équipe en manque un – les conditions du sol étant l’une d’elles. »

Le taux de production d’une zone donnée dépend aussi de la nature du soutènement du sol qui a été installé; les zones où l’activité sismique est plus grande ont besoin d’un soutènement dynamique, comme des boulons coniques, dont l’installation demande plus de temps.

Les informations sismiques aident l’équipe de planification de la mine à déterminer les activités par séquences autour d’étais de mine de longue durée devant être aussi stables que possible. Les étais proportionnellement plus petits utilisés dans de nombreuses autres mines présentent trop de risques pour Macassa. « Nous devons faire attention à la taille des étais que nous plaçons entre les chambres d’abattage ou dans les chambres elles‑mêmes », a souligné M. Chartrand. « Nous ne pouvons pas extraire du minerai d’une chambre en laissant des petits piliers de séparation et autres; ils doivent être enlevés. Nous devons exploiter l’ensemble au complet d’un bout à l’autre en ne laissant de côté aucune zone à faible teneur. »

Malgré une sismicité fréquente, M. Chartrand a déclaré que les événements qui causent des dommages sont assez rares. Le 4 juin 2016, un événement sismique a soulevé le sol au niveau 5 300 et renversé une locomotive à batterie. Il s’agit du premier événement de cette magnitude dont il a été témoin pendant deux ans au moins. La mine y était préparée. À la suite d’un coup de toit en octobre 2015, une analyse postérieure de l’événement a été menée et l’équipe de contrôle des pressions de terrains a pu déterminer le mécanisme déclencheur et prévoir une hausse de l’activité sismique. Il a été décidé d’accroître l’importance du soutènement du sol. « Puisque nous savions que cette zone était active, nous avons installé un soutènement dynamique, conçu pour supporter cette quantité d’énergie et cela a été efficace. [L’événement sismique] a juste soulevé le sol parce qu’il n’y avait pas de soutènement à trois pieds. »

Un problème croissant

La mine Macassa a été parmi les premiers clients des produits ESG dès les années 1990, aux dires d’Alexander Mataseje, spécialiste des ventes techniques, services miniers et géotechniques, à ESG Solutions. « Les sociétés comme Kirkland Lake, avec leurs méthodes d’exploitation et leurs procédures opérationnelles, ont toujours été très proactives et à l’avant-garde », a-t-il ajouté.

La nécessité qui a engendré les premières inventions gagne un plus grand nombre de mines au fil du temps. « Nous voyons arriver de nombreuses exploitations plus récentes, et comme elles s’approchent des 800 mètres de profondeur – parce que nous extrayons du minerai du Bouclier canadien constitué de roche très dure – elles commencent à pénétrer dans une zone où la sismicité devient un problème », a souligné M. Mataseje. « Nous constatons donc que beaucoup de mines cherchent à mettre en place une certaine forme de système préliminaire et à le développer en même temps que leurs activités afin d’être protégées. »”

Traduit par CNW