Optimization of Underground Stope with Network Flow Method

La thèse présente une série d'algorithmes originaux visant à optimiser la géometrie de chantiers souterrains en 3D, typiquement pour la méthode d'abattage par sous-niveaux (ou méthode des longs trous). Les algorithmes proposés s'inspirent des méthodes efficaces d'optimisation ayant été développées pour les mines à ciel ouvert. La clé de l'adaptation de cette methode pour la méthode des longs trous est de reconnaître que la cheminée verticale (ou monterie), servant à initier un chantier, joue un rôle similaire à la surface dans les mines à ciel ouvert. Un système de coordonnées cylindriques est défini autour de la monterie. Les valeurs économiques des blocs dans ce système sont determinées à partir des données en forage. Les angles limites pour le toit et le plancher sont contrôlés par les liens entre les blocs en coupe verticale. La longueur de chantier est contrôle dans le plan horizontal, à l'aide de deux paramètres : 1) R, la distance horizontale maximale entre un bloc et la cheminée et 2) yR, la largeur minimale de l'enveloppe créée pour exploiter le bloc se trouvant à cette distance maximale. La hauteur du chantier est déterminée par l'extension de la monterie, laquelle limite aussi les liens dans le plan vertical. L'ensemble des liens et des blocs constitue un réseau. Le réseau est complété par deux noeuds fictifs, la source et le puits. En maximisant le flux partant de la source vers le puits, on identifie le chantier optimal. Le chantier obtenu est optimal cependant conditionnellement à la monterie étudiée (localisation et extension), la discrétisation adoptee et les liens représentant les contraintes de pentes. Le problème revient alors à determiner les paramètres de la monterie qui maximisent le profit. Pour ce faire, on utilise une méthode de type génétique permettant d'explorer des solutions variées et surtout de s'échapper d'optimums locaux. La méthode est appliquée sur plusieurs gisements et les résultats sont comparés à ceux de la méthode du chantier flottant ("floating stope"). La méthode proposée démontre sa supériorité sur ces exemples.

Abstract

The dissertation presents a series of algorithms to optimize the underground stope geometry in 3D, typically for sublevel stoping method or longhole stoping. The proposed algorithms are based on network flow method, an effective technique applied in open pit optimization. The key to adapt this method to underground mining is to recognize that the vertical raise to initiate a stope plays a similar role to the surface in open pit mining. Accordingly, a cylindrical coordinate system starting from the raise is introduced to redefine a ore block model. This facilitate the manipulation of geometric constraints. The slope limits of hanging wall and footwall are controlled by the links between the blocks in vertical section. The width of stope is controlled in horizontal plane, by defining two parameters: 1) R, the maximum distance to mine a block from raise, and 2) yR, the minimum width of envelope created to mine the farthest block. The height of stope is defined by the raise extension which limits the links in the vertical section. The blocks and links constitute a network ow graph. Solving the graph with efficient maximum ow method yields an optimal stope conditional to the specified raise. This is the core of proposed methods, an optimal stope generator for given raise parameters. With the stope generator, the global optimization of raise parameters produces a global optimal stope. The algorithm using a single raise is suitable for the relatively small sub-vertical ore bodies. It is shown to provide better results than floating stope algorithm in several scenarios tested.