Comprehensive assessment of a high waste rock pile stability: coarse material testing, field monitoring, advanced modeling and back-analyses

Cette étude présente une analyse complète de la stabilité d’une grande halde de roches stériles minières construite lors des opérations de remblayage de fosse à la mine Canadian Malartic. Le remblayage des fosses profondes permet de réduire les impacts environnementaux des activités minières; toutefois, il implique la construction de hauts dépôts de stériles par déversement, lesquels sont potentiellement sujets à des instabilités géotechniques durant la construction. Étant donné que les stériles sont constitués de particules grossières et anguleuses, présentant une forte hétérogénéité des propriétés géomécaniques, les analyses géotechniques conventionnelles ne sont pas toujours adaptées. Afin de combler cette lacune, l’objectif de cette étude est de développer une évaluation complète de la stabilité physique des grands dépôts de stériles. Des essais à grande échelle, un suivi de terrain, une modélisation avancée et des rétro-analyses sont réalisés et présentés. Une modélisation tridimensionnelle par éléments finis utilisant le modèle constitutif Hardening Soil intègre la géométrie réelle et la séquence de construction de la halde. Les résultats ont été validés à l’aide de données de suivi des déformations recueillies à chaque étape de la construction, garantissant la stabilité à court terme du dépôt lors des opérations de déversement par camion. Le modèle montre que, bien que la résistance au cisaillement soit représentée de manière réaliste, les déformations prévues sont surestimées. Une rétro-analyse réalisée avec des modules de rigidité ajustés a permis d’obtenir un bien meilleur accord avec les mesures de terrain, probablement en raison des limites associées aux paramètres de rigidité dérivés d’essais en laboratoire sur des matériaux de petite taille. Les données de suivi et de modélisation sont comparées aux lignes directrices actuelles de conception des haldes à stériles.

Abstract

This study presents a comprehensive study of the stability of a large waste rock pile (WRP) built during the open-pit backfilling operation at the Canadian Malartic Mine. Backfilling deep pits minimizes the environmental impacts of mining operations; however, it implies building high WRPs by end-dumping, which are prone to geotechnical instability during construction. Since WR consists of coarse, angular grains, presenting high heterogeneity in geomechanical properties, conventional geotechnical stability analyses are not always appropriate. To fill this gap, the objective of this study is to develop a comprehensive assessment of high WRPs physical stability. Large material testing methods, field monitoring, advanced modeling and back-analyses are carried out and summarized. 3D Finite Element modelling using the Hardening Soil constitutive model includes the real geometry and construction sequency of the WRP. The results were corroborated using deformation monitoring data gathered at each stage of construction, ensuring the short-term stability of the pile during truck dumping operations. The model reveals that, although shear strength was represented realistically, predicted deformations were overestimated. A back-analysis performed with adjusted stiffness moduli yielded closer agreement with field measurements, likely due to limitations associated with stiffness parameters derived from laboratory testing on small-scaled materials. The monitoring and modelling data are compared with current design guidelines for WRPs.