Analytical and Experimental Evaluation of the Settlement and Volume Variation of Tailings Slurry Deposited in Containment Structures

Les résidus miniers sont des rejets de moulins de concentrateur, qui sont généralement déposés dans des parcs à résidus miniers en surface. En cas d'une gestion inappropriée, les résidus miniers peuvent entraîner des catastrophes à l'environnement et aux vies. L'utilisation des résidus miniers comme un matériau de remblai pour remplir les chantiers miniers souterrains permet de réduire la quantité des résidus miniers déposés en surface. En plus, le remblayage des chantiers souterrains permet d'améliorer la stabilité du terrain et augmenter la récupération du minerai. Lorsque les résidus miniers sont déposés dans les parcs à résidus miniers, leur volume peut diminuer en raison de la sédimentation, de la consolidation sous poids propre et du retrait par évaporation. Une estimation appropriée de la variation du volume des résidus miniers est nécessaire pour éviter le dépassement de la capacité de stockage conçue des parcs à résidus miniers. Les trois processus (la sédimentation, la consolidation sous poids propre et le retrait par évaporation) peuvent avoir lieu également au remblai en pulpe lors de sa déposition dans un chantier souterrain. La variation du volume de remblai doit être évaluée correctement pour assurer la stabilité des barricades et un contact serré entre le remblai et les toits des chantiers ou pour éviter de créer des espaces vides importants entre la surface du remblai et le plancher de galerie de niveau supérieur. Le principal objectif de ce mémoire est d'évaluer l'affaissement et la variation de volume des résidus miniers dans les parcs à résidus miniers ou des remblais en pulpes dans les chantiers souterrains. Afin d'atteindre l'objectif principal, une compréhension approfondie de la variation du volume des résidus miniers ou des remblais en pulpe associée aux processus de la sédimentation, de la consolidation et du retrait par évaporation est nécessaire. La recherche bibliographique montre que pratiquement tous les travaux de recherche ont porté sur les études de la consolidation des résidus miniers ou des remblais en pulpe. Il y a peu de travaux portant sur la sédimentation. L'indice des vides à la transition entre la sédimentation et la consolidation est un paramètre critique, mais sa détermination reste encore inconnue. Dans ce mémoire, on a montré que la phase de retrait normal d'une courbe de retrait par évaporation est très similaire au processus de sédimentation. Ainsi, l'indice des vides au début de désaturation (correspondant à la valeur d'entrée d'air) eAEV sur la courbe de retrait est considéré comme identique à l'indice des vides critique à la fin de sédimentation ou au début de consolidation. Suite à ces analyses, deux solutions analytiques ont été proposées en considérant la variation de volume des résidus miniers ou des remblais en pulpe associée aux processus de la sédimentation, de la consolidation et du retrait par évaporation. La première a été développée en considérant l'indice des vides final ef d'une courbe de retrait afin d'estimer l'affaissement ou la variation du volume des résidus miniers dans des parcs à résidus miniers dans des régions arides ou semi-arides. La deuxième a été formulée en utilisant l'indice des vides au début de désaturation eAEV et le coefficient de compression obtenu par un essai de consolidation standard pour évaluer l'affaissement ou la variation de volume des remblais en pulpe dans des chantiers souterrains ou des résidus miniers dans des parcs à résidus miniers dans des régions non-arides. Les deux solutions analytiques proposées ont été validées avec succès par des résultats expérimentaux obtenus par des essais au laboratoire en modèle physique. Les solutions proposées peuvent être utilisées pour calculer l'affaissement et la variation du volume des résidus miniers ou des remblais en pulpe, au moins dans la phrase préliminaire d'un projet. L'application des solutions proposées pour évaluer l'affaissement ou la variation du volume des résidus miniers ou des remblais en pulpe nécessite de faire des essais de retrait par évaporation. Ce type d'essais est facile à réaliser et assez courant en mécanique des sols. On voit également quelques travaux d'essais au laboratoire pour obtenir les courbes de retrait des résidus miniers non cimentés. Pour le remblayage des chantiers souterrains, les remblais sont souvent cimentés. Ceci est particulièrement vrai pour les remblais en pâte. Or, la revue de littérature montre qu'il n'existe pas de travaux portant sur les essais de retrait par évaporation des remblais en pâtes cimentés. Pour combler cette lacune, une série d'essais de retrait par évaporation a été menée pour acquérir les courbes de retrait d'un remblai en pâte cimenté et non cimenté en considérant différentes teneurs en ciment et teneurs en eau initiales. Leur influence sur les paramètres de retrait, incluant l'indice des vides final ef, la limite de retrait ws, l'indice des vides (eAEV) et la teneur en eau (wAEV) au début de désaturation a également été étudiée. Les résultats indiquent que les valeurs de ces paramètres de retrait des remblais cimentés sont beaucoup plus élevées que celles des remblais non cimentés pour une teneur en eau initiale donnée. L'augmentation de la teneur en ciment de 3 à 7% entraîne une légère augmentation des valeurs de ces paramètres de retrait. Pour une teneur en ciment donnée, les valeurs des paramètres de retrait peuvent varier significativement avec la variation de la teneur en eau initiale. Les principaux résultats ont été présentés dans deux articles de revues soumis. Des résultats supplémentaires sur les essais de retrait par évaporation et sur les essais de consolidation sont présentés dans les annexes.