La concurrence mondiale pour les ressources minérales stratégiques s’intensifie, et la sécurité des ressources est cruciale pour l’économie nationale et le bien-être du peuple. Les régions de haute altitude et de grand froid de l’ouest de la Chine sont riches en ressources minérales, constituant un arrière-plan essentiel pour la sécurité des chaînes industrielles et d’approvisionnement nationales. Cependant, en raison de l’altitude élevée, des basses températures et de la fragilité écologique, l’exploitation minière dans ces zones est confrontée à des défis persistants tels qu’une faible efficacité du travail homme-machine, des dommages écologiques importants et des coûts énergétiques élevés. Comment réaliser une exploitation minière à faible émission de carbone, efficace et économique dans cette région est un défi technologique majeur que l’industrie doit relever.

Récemment, l’équipe du projet de l’Institut de conception et de recherche de Changsha pour la métallurgie non ferreuse (ci-après dénommé « Institut de Changsha »), filiale de China Aluminum International Engineering Corporation Limited, a réalisé une percée majeure dans ce domaine. Elle a innové plusieurs technologies clés, notamment le premier système de transport par courroie à descente avec génération d’électricité, et a résolu une série de problèmes tels que l’optimisation dynamique et précise des limites d’exploitation dans les mines extrêmement froides, la disposition économique et intelligente des voies de transport, et la récupération efficace de l’énergie lors du transport de matériaux sur de longues distances et à grande échelle. Ces résultats ont été appliqués avec succès à la société Tibet Julong Copper Co., Ltd., produisant des résultats impressionnants.

Caractérisation précise et régulation dynamique : chaque minerai « rentre dans le giron »

La délimitation précise des limites d’exploitation à ciel ouvert et la planification rationnelle des voies de transport sont des éléments clés pour l’évaluation économique du développement du gisement et l’efficacité du transport. Les méthodes traditionnelles de délimitation statique des limites présentent des lacunes telles que l’absence de dynamique des paramètres de prix et de coûts, la distorsion de la valeur temporelle et le manque de rentabilité dans la disposition des voies de transport, ce qui peut entraîner un gaspillage des ressources minérales.

Face à ce défi, l’équipe de l’Institut de Changsha s’est tournée vers le jeu dynamique entre les paramètres économiques et la valeur temporelle. L’équipe a développé une nouvelle méthode d’optimisation dynamique intégrée combinant plusieurs approches, permettant une régulation dynamique des paramètres de prix et de coûts des limites d’exploitation des mines à ciel ouvert, ainsi qu’une adaptation précise de la valeur temporelle. Cette méthode ajuste dynamiquement la délimitation des limites d’exploitation et la disposition des voies de transport en fonction des fluctuations des prix du marché et des variations des coûts d’exploitation, résolvant ainsi le problème récurrent de la gestion dynamique et de l’utilisation efficace des ressources. Grâce à des algorithmes intelligents, la disposition économique et intelligente des voies de transport permet à la mine de maintenir un état optimal de rentabilité économique tout au long de sa durée de vie, qui peut s’étendre sur plusieurs décennies. Les minerais auparavant considérés comme ayant des limites de teneur floues et stagnants sont convertis en réserves exploitables, réalisant véritablement que « chaque grain rentre dans le giron ».

Adaptation et mise à niveau des équipements : résoudre le problème du « mal de l’altitude » dans les conditions du plateau

La teneur en oxygène dans les zones minières à 5 000 mètres d’altitude n’est que de 60 % de celle des plaines, ce qui provoque un grave mal de l’altitude tant pour les hommes que pour les équipements. Les grands équipements miniers subissent une perte de puissance et une augmentation des taux de défaillance, ce qui réduit considérablement leur taux de présence et leur efficacité opérationnelle.

En s’appuyant sur l’expérience traditionnelle, l’équipe de l’Institut de Changsha a construit un modèle de correction multi-paramètres de l’atténuation de l’efficacité des flottes d’équipements. Ce modèle prend pleinement en compte l’impact de multiples facteurs tels que l’altitude, la température, l’état des routes et les cycles d’entretien sur l’efficacité des équipements miniers. Sur cette base, un logiciel de décision intelligent pour la sélection des équipements dans les mines à ciel ouvert de très grande taille en zone extrêmement froide a été développé, capable de simuler la production réelle de différentes combinaisons d’équipements dans des environnements difficiles spécifiques, permettant ainsi une correspondance précise des équipements. Après sa mise en service, l’efficacité opérationnelle des grands équipements miniers a été considérablement améliorée, avec une augmentation du taux de présence de 2 à 3 points de pourcentage et une augmentation du taux d’utilisation du temps de 1 à 3 points de pourcentage, garantissant le volume total d’extraction et de découverture annuel tout en réduisant considérablement la consommation inutile de carburant et l’usure des équipements.

Procédé de transport vert original : l’énergie potentielle devient énergie électrique, bouleversant le concept selon lequel « le transport consomme nécessairement de l’énergie »

Si la sélection des équipements résout le problème d’efficacité au niveau « ponctuel », le transport de matériaux sur de longues distances est un problème au niveau « linéaire » qui limite l’efficacité globale de la mine. Les mines de haute altitude sont souvent situées dans des zones montagneuses avec des vallées profondes, où les distances de transport des stériles et des minerais sont longues et les dénivelés importants. Le transport traditionnel par camion est coûteux, énergivore et très polluant.

Face à ce défi, l’équipe de l’Institut de Changsha a innové la première technologie de transport par courroie à descente avec génération d’électricité pour les mines à ciel ouvert de très grande taille en zone extrêmement froide, avec un débit élevé et de longues distances. Elle a construit le premier système de transport par courroie à descente avec génération d’électricité au monde, le plus haut en altitude, avec la plus grande puissance et le plus grand débit, ainsi que la vitesse et la résistance de courroie les plus élevées, à la société Tibet Julong Copper Co., Ltd. Ce système utilise l’énorme énergie potentielle gravitationnelle des matériaux descendant des hauteurs pour produire de l’électricité, transformant la résistance en force motrice. Selon les statistiques, la production annuelle d’électricité de ce système en charge peut atteindre 54,45 millions de kWh, ce qui équivaut à une réduction annuelle des émissions de carbone de 56 752 tonnes. Cette technologie bouleverse le concept traditionnel selon lequel « le transport consomme nécessairement de l’énergie », réalisant une combinaison parfaite entre le transport de matériaux sur de longues distances et à grande échelle dans les zones extrêmement froides et la récupération efficace de l’énergie.

Décharge intelligente spatio-temporelle coordonnée : planification globale pour un mode de décharge à faible perturbation écologique

Dans le cas d’une exploitation par zones et de plusieurs terrils, les itinéraires de transport des stériles sont complexes. Les méthodes traditionnelles de planification grossière des chemins de décharge présentent des problèmes tels que des coûts de décharge élevés, une faible efficacité de rotation et une faible précision de la régulation.

Pour y remédier, l’équipe de l’Institut de Changsha a développé une technologie de décharge à grande échelle spatio-temporelle coordonnée pour les mines à ciel ouvert de très grande taille, et a construit un modèle de réseau de système de transport et un système d’aide à la décision pour la régulation. Cela permet une planification anticipée et une coordination dynamique de plusieurs terrils dans le temps et dans l’espace. Les véhicules de transport ne se contentent plus de faire des allers-retours simples entre deux points, mais planifient intelligemment les itinéraires optimaux en fonction des conditions routières en temps réel, de la capacité des terrils et des exigences de compactage, réalisant ainsi un transport coordonné et efficace des équipements ainsi qu’une décharge à faible émission de carbone et économique, réduisant considérablement la consommation d’énergie et les émissions liées au transport des stériles.

Libération complète des bénéfices multidimensionnels : une triple récolte en termes de ressources, d’économie et d’écologie

Après l’application réussie des résultats à la société Tibet Julong Copper Co., Ltd., un bilan impressionnant a été obtenu :

En termes de sécurité des ressources : augmentation des réserves exploitables de la mine de 57,66 millions de tonnes, et de la teneur en cuivre de 253 700 tonnes, prolongeant considérablement la durée de vie de la mine et renforçant la capacité d’autosuffisance de la Chine en ressources minérales stratégiques.

En termes de bénéfices économiques : économies directes d’investissements importantes, avec une réduction annuelle des coûts de production de plus de 100 millions de yuans.

En termes de bénéfices environnementaux et sociaux : établissement d’une référence industrielle pour l’exploitation minière à faible émission de carbone, efficace et économique des mines de très grande taille en zone extrêmement froide.

Ces résultats technologiques fournissent un soutien technique précieux et une démonstration de projet pour le développement vert, à faible émission de carbone, à moindre coût et à haute efficacité des mines à ciel ouvert de très grande taille dans les zones de haute altitude et de grand froid, favorisant le progrès technologique dans le secteur minier des zones extrêmement froides et améliorant le niveau technique d’exploitation et la capacité de sécurité des ressources minérales stratégiques de la Chine.

De la « transfusion sanguine » à l’« hématopoïèse » : remodeler le paradigme de développement des mines en zone froide

La percée des technologies clés pour l’exploitation à faible émission de carbone et à haute efficacité des mines à ciel ouvert de très grande taille en zone extrêmement froide dépasse largement le cadre d’une seule mine. Les régions de haute altitude et de grand froid de l’ouest de la Chine sont riches en ressources minérales, mais, en raison de goulets d’étranglement technologiques, leur développement a longtemps souffert d’une faible efficacité, de coûts élevés et de perturbations écologiques importantes. Les innovations en série de l’équipe de l’Institut de Changsha ont formé un système technologique intégré complet, offrant un paradigme technologique reproductible et transférable pour le développement à grande échelle des ressources dans cette région.

La technologie de transport par courroie à descente avec génération d’électricité résout non seulement le problème de la consommation d’énergie pour le transport sur de longues distances dans les zones minières froides, mais réalise également un changement qualitatif de la « consommation d’énergie » à la « production d’énergie ». Le logiciel de décision intelligent pour la sélection des équipements fournit une base scientifique pour la configuration des équipements dans les mines de haute altitude, résolvant à la source le problème du « mal de l’altitude ». Les technologies d’optimisation dynamique des limites d’exploitation et de décharge spatio-temporelle coordonnée poussent l’équilibre entre les bénéfices économiques et environnementaux de la mine vers un nouveau point d’équilibre.

Tourné vers l’avenir, l’Institut de Changsha se concentrera sur le développement de l’industrie des métaux non ferreux dans les directions de l’écologisation, de l’intelligence et de la haute technologie, approfondira l’innovation collaborative entre l’industrie, l’université, la recherche et l’application, et s’efforcera de produire davantage de résultats originaux et pionniers ayant un impact majeur. Avec la promotion et l’application continues de cet ensemble de technologies, la capacité d’autosuffisance de la Chine en ressources minérales stratégiques dans les régions de haute altitude et de grand froid sera considérablement renforcée.