Simulations du comportement géotechnique des remblais dans les chantiers miniers: effets du drainage et de la consolidation

L'industrie minière génère une grande quantité de rejets de différents types. La majorité des opérations minières entrepose la fraction fine de ces rejets issue du traitement minéralogique (rejets de concentrateur) dans des parcs à résidus ceinturés par des digues de retenues. Cette solution engendre des risques, notamment au niveau de la rupture de ces digues qui peut être due à un débordement en crête, une fuite d'eau excessive, une instabilité géotechnique, l'action d'un séisme ou même à un défaut de conception. Le potentiel de drainage minier acide (DMA) produit par les résidus réactifs doit aussi être pris en compte puisque la libération des eaux acides dans la nature peut s'avérer extrêmement nocive pour l'environnement. En raison de ses différents avantages techniques, économiques et environnementaux, le remblayage souterrain représente un des principaux axes de recherche dans le domaine de la gestion des rejets miniers car cela représente une solution alternative, susceptible d'améliorer le rendement d'une opération minière. À cet égard, le remblai en pâte cimenté (RPC) est un matériau particulièrement intéressant. Il est composé de résidus miniers filtrés, d'eau et d'un liant hydraulique. Pour maintenir le remblai lors de sa mise en place, les structures de retenue, appelées "barricades", doivent être dimensionnées adéquatement pour prévenir les ruptures induites par les fortes pressions générées par le remblai. Il est important de connaître les différentes caractéristiques et le comportement des remblais pour assurer de bonnes conditions de travail et optimiser la séquence de remblayage. La plupart des travaux menés à ce jour se sont focalisés sur l'analyse du comportement des remblais (surtout en pâte) en condition stationnaire (drainée ou non), sans prendre en compte l'effet de l'évolution des pressions interstitielles et de la cimentation, qui influencent grandement l'ampleur des contraintes dans le chantier. L'objectif principal de ce projet est d'analyser, à l'aide de simulations numériques, le comportement des remblais dans les chantiers en tenant compte de l'effet du drainage et de la dissipation des pressions interstitielles, de la cimentation et de la séquence de remblayage, en considérant différentes propriétés du matériau et diverses configurations géométriques.

Abstract

The mining industry generates large quantities of different types of solid wastes, from the excavation of rock and milling of ore. The majority of mining operations dispose of the fine fraction produced at the mill, called tailings, as a slurry in surface impoundments enclosed by retention dikes. This practice is associated with many risks, including the failure of these dikes due to overtopping, excessive seepage, geotechnical instability, or seismic activity. The potential for acid mine drainage (AMD) produced by reactive (sulphidic) tailings must also be taken into account, as the release of acidic water can be harmful to the environment. Due to its various technical, economical, and environmental advantages, underground backfilling is a major focus of research in mining waste management because it represents an alternative solution that may improve the performance of a mining operation. In this regard, the use of cemented paste backfill (CPB) is a particularly interesting alternative. CPB, consisting of densified tailings, water and a binding agent, is now commonly used to backfill mine openings (stopes). To maintain the backfill in place, retaining structures, called barricades (or bulkheads), must be used; these need to be properly designed to prevent failure due to the high pressures induced by the backfill. It is important to assess the different characteristics and the behavior of backfill to ensure good working conditions underground and optimize the filling sequence. To date, most research work has focused on analyzing the behavior of backfill (especially paste backfill) under equilibrium conditions (drained or undrained), without taking into account the effect of changing pore water pressure and cementation over time, which can greatly influence the magnitude of stresses in stopes and on barricades. The main objective of this project was to analyze, using numerical simulations, the behavior of mining backfill in underground stopes, taking into account the effect of drainage and dissipation of pore water pressure, cementation, and the sequence of filling, while also considering different material properties and various geometric configurations.