Approche heuristique pour la planification à court terme dans les mines à ciel ouvert

Le présent projet de thèse vise à résoudre le problème de l'optimisation de la planification minière à court terme des mines à ciel avec une prise en compte de la réalité de l'exploitation minière. Cette planification est fortement contrainte car elle est l'avant dernière étape de la mise oeuvre de l'exploitation minière. À ce titre, elle regroupe à la fois des contraintes de production et des contraintes opérationnelles relatives aux équipements et aux techniques de l'exploitation minière. Malgré une production littéraire un peu soutenue sur l'optimisation de la planification à court terme des mines à ciel ouvert, très peu d'études se sont intéressées aux suivis des opérations de forage, dynamitage et d'extraction et aux équipements qui doivent les réaliser. La première étape de ce projet consiste à proposer un programme linéaire dont l'objectif est de minimiser le coût du déplacement des équipements de production et de favoriser l'accessibilité des blocs pour la réalisation des opérations minières. Cette modélisation permettra d'ordonnancer la production suivant les périodes de l'horizon de la planification (3 à 6 mois avec la semaine comme unité de période) sous la contrainte des cibles de production et des exigences de qualité. Le modèle prendra aussi en compte les contraintes opérationnelles qui sont l'accessibilité horizontale des blocs, la précédence verticale des bloc et la mise en oeuvre des opérations de forage, de dynamitage et d'extraction. La réalisation des opérations se fera par des équipements dont il faut suivre les déplacements tout en s'assurant de la disponibilité des ressources suffisantes (capacité, vitesse, disponibilité). La modélisation permettra aussi une amélioration de la précision et de l'exactitude de la précédence des tâches, ce qui facilitera la mise en oeuvre ultérieure du dispatching. Une méthode de décomposition du problème initial en 2 étapes est proposée pour la résolution du problème. La première étape de la démarche consiste à ordonnancer les blocs sous la contrainte des cibles de production et de qualité pour déterminer les blocs qui feront partie de contour d'exploitation et les périodes d'extraction de chaque bloc. L'ordonnancement se fait par la résolution de 2 nouveaux MIP développés à cet effet. La seconde étape se base sur les résultats de l'ordonnancement des bloc pour déterminer les tournées des équipements de production avec pour objectif de minimiser le coût des déplacements et de favoriser l'accessibilité horizontale des blocs. La détermination des tournées des équipements se fera en 2 phases avec des résolutions de nouveaux MIP adaptés à la problématique. La première phase consistera à déterminer les tournées des pelles par la résolution d'un MIP approprié qui intègre des estimations de la durée des opérations de forage et de dynamitage. La seconde phase s'occupera de la détermination des tournées des équipements de forage et de dynamitage sur la base des résultats de l'affectation de pelles. Une autre approche de résolution des problèmes des tournées des équipements par la méthode de la programmation par contraintes est testée et une comparaison est réalisée avec les résultats de la résolution des MIP d'affectation des équipements. Les résolutions des MIP ont été réalisées par la méthode itérative des fenêtre mobiles et les tests ont été réalisés avec des données artificielles. La démarche a permis de résoudre des instances de moins 400 blocs en 4h et de moins de 500 blocs en 10h. L'étape de l'ordonnancement des blocs a permis une réduction d'au moins 96% de la taille des graphes des déplacements possibles des équipements. La programmation par contraintes a donné de très bons résultats lors de tests de la détermination des tournées des pelles, les résultats sont par contre moins intéressants pour la détermination des tournées des foreuses et équipements de dynamitage.

Abstract

This thesis project aims to solve the problem of optimizing the short-term mining planning of open-pit mines by taking into account the reality of mining. This planning is strongly constrained as it is the last step before the dispatching. As such, it combines both production constraints and operational constraints on equipment and mining techniques. Despite a literature production on optimizing the short-term planning of open-pit mines, very few studies have focused on the monitoring of drilling, blasting and extraction operations and their equipment. The first step of this project consists in proposing a linear program whose objective is to minimize the cost of moving the production equipment and to promote the horizontal accessibility of the blocks for carrying out the mining operations. This modeling will make it possible to schedule the production according to the periods of the horizon of the planning (3 to 6 months with the week as unit of period) under the constraint of the targets of production and the requirements of quality. The model will also take into account the operational constraints that are the horizontal accessibility of the blocks, the vertical precedence of the blocks and the implementation of drilling, blasting and extraction operations. The implementation of operations will be done by equipment that must be tracked while ensuring the availability of sufficient resources (capacity, speed, availability). The modeling will also improve the precision and accuracy of the task precedence, which will facilitate the subsequent implementation of dispatching. An initial 2-step problem decomposition method is proposed for solving the problem. The first step of the process consists of scheduling the blocks under the constraint of the production and quality targets to determine the blocks that will be extract and their extraction periods. The scheduling is done by the resolution of 2 new MIP developed for this purpose. The second step is based on the results of block scheduling to determine the production equipment tours with the objective of minimizing the cost of moving of the equipment and promoting horizontal accessibility of the blocks. The determination of equipment routing will be in two phases with resolutions of new MIP adapted to the problem. The first phase will consist of determining shovel tours by the resolution of an appropriate MIP that incorporates estimates of the duration of drilling and blasting operations. The second phase will deal with the determination of the rounds of drilling and blasting equipment based on the results of the assignment of shovels. Another approach to solving the problems of equipment runs by the constraint programming method is tested and a comparison is made with the results of the resolution of the equipment assignment MIPs.The resolutions of the MIPs were realized by the iterative method of the mobile windows and the tests were performed with artificial data. With this approach, it has be possible to resolved instances of less than 400 blocks in 4 hours and less than 500 blocks in 10 hours.The stage of block scheduling allowed a reduction of more than 96% in the size of the possible displacement graphs of the equipment. The constraint programming has given very good results during tests of the determination of the routing of the shovels, the results are on the other hand less interesting for the determination of the rounds of the drills and equipment of blasting.