| Summary: | Tailings facilities are vast man-made structures designed and built for the storage and management of mill effluents throughout the life of a mining project. There are different types of tailings storage facilities (TSF) classified in accordance with the method of construction of the embankment and the mechanical properties of the tailings to be stored. The composition of tailings is determined by the mineral processing technique used to obtain the concentrate as well as the physical and chemical properties of the ore body. As a common denominator, TSFs are vulnerable to failure due to design or operational deficiencies, site-specific features, or due to random variables such as material properties, seismic events or unusual precipitation. As a result, long-term risk based stability assessment of mine wastes storage facilities is necessary.The stability analyses of TSFs are traditionally conducted using the Limit Equilibrium Method (LEM). However, it has been demonstrated that relying exclusively on this approach may not warrant full understanding of the behaviour of the TSF because the LEM neglects the stress-deformation constitutive relationships that ensure displacement compatibility. Furthermore, the intrinsic variability of tailings properties is not taken into account either because it is basically a deterministic method. In order to overcome these limitations of the LEM, new methods and techniques have been proposed for slope stability assessment. The Strength Reduction Technique (SRT) based on the Finite Element Method (FEM), for instance, has been successfully applied for this purpose. Likewise, stability assessment with the probabilistic approach has gained more and more popularity in mining engineering because it offers a comprehensive and more realistic estimation of TSFs performance. In the light of the advances in numerical modelling and geotechnical engineering applied to the mining industry, this thesis presents a stability analysis comparison between an upstream tailings storage facility (UTSF), and a water retention tailings dam (WRTD). First, the effect of embankment/tailings height increase on the overall stability is evaluated under static and pseudo-static states. Second, the effect of the phreatic surface location in the UTSF, and the embankment to core permeability ratio in the WRTD are investigated. The analyses are conducted using rigorous and simplified LEMs and the FEM - SRT. In order to take into consideration the effect of the intrinsic variability of tailings properties on stability, parametric analyses are conducted to identify the critical random variables of each TSF. Finally, the Monte Carlo Simulation (MCS), and the Point Estimate Method (PEM) are applied to recalculate the FOS and to estimate the probability of failure and reliability indices of each analysis. The results are compared against the minimum static and pseudo-static stability requirements and design guidelines applicable to mining operations in the Province of Quebec, Canada.Keywords: Tailings storage facilities (TSF), Limit Equilibrium Method (LEM), Shear Reduction Technique (SST), pseudo-static seismic coefficient, probability of failure, Point Estimate Method (PEM), Reliability Index. === Les parcs à résidus miniers (PRMs) sont de vastes structures utilisées pour le stockage et la gestion des déchets pendant l'opération et après la clôture d'un site minier. Différentes techniques d'entreposage existent, dépendant principalement de la méthode de construction de la digue et des propriétés physiques, chimiques et mécaniques des résidus à stocker. La composition des résidus est déterminée par la technique utilisée pour extraire le minerai du gisement ainsi que par les propriétés physico-chimiques du gisement. De manière générale, les installations de stockage de résidus miniers sont dans une certaine mesure, sujettes à des ruptures. Celles-ci sont associées à des défauts de conception et d'exploitation, des conditions spécifiques au site, des facteurs environnementaux, ainsi que des variables aléatoires telles que les propriétés des matériaux, les événements sismiques, ou les précipitations inhabituelles. Par conséquent, la stabilité des PRMs à long terme est nécessaire sur la base de l'évaluation de risques.Les analyses de stabilité sont généralement effectuées à l'aide de la méthode d'équilibre limite (MEL), cependant, il a été prouvé que s'appuyer exclusivement sur les MELs n'est pas exact car la relation entre déformation et contrainte est négligée dans cette approche, tout comme le déplacement ayant lieu au pendant la construction et l'opération des PRMs. En outre, la variabilité spatiale intrinsèque des propriétés des résidus et autres matériaux utilisés pour la construction des PRMs n'est pas prise en compte. En conséquence, de nouvelles méthodes et techniques ont été développées pour surmonter les limites de la MEL. La méthode des éléments finis (MEF) et la Technique de réduction de cisaillement (TRC), par exemple, ont été appliquées avec succès pour l'analyse de la stabilité des PRMs. De même, l'approche probabiliste pour l'analyse de la stabilité des pentes a gagné en popularité car elle offre une simulation complète et plus réaliste de la performance des PRMs.À la lumière des progrès réalisés dans le domaine de la modélisation numérique et de la géotechnique pour l'industrie minière, cette thèse présente une comparaison entre une installation d'entreposage des résidus en amont et un barrage de stériles et d'eaux de décantation.En premier lieu, l'effet de l'augmentation de la hauteur des résidus sur la stabilité globale est évalué en vertu des états statiques et pseudo-statiques. En deuxième lieu, l'effet de l'emplacement de la nappe phréatique dans installation d'entreposage des résidus en amont et le rapport de perméabilité de remblai dans le barrage de stériles et d'eaux de décantation sont étudiés. Les analyses sont conduites en utilisant la modélisation numérique des MELs et la MEF – TRC.Des analyses paramétriques sont effectuées pour identifier les variables aléatoires critiques de chaque parc à résidus miniers. Finalement, pour évaluer, la simulation de Monte Carlo (MCS) et la méthode d'estimation ponctuelle (MEP) sont appliquées pour recalculer les facteurs de stabilité et pour estimer la probabilité de défaillance et les indices de fiabilité qui leur sont associées. Les résultats de chaque analyse sont comparés aux exigences minimales de stabilité des pentes applicables aux opérations minières dans la province de Québec, Canada.Mots-clés: Parcs à résidus miniers (PRMs), coefficient sismique, Technique de Réduction de Cisaillement (TRC), probabilité de défaillance, Méthode d'Estimation Ponctuelle (MEP), indice de fiabilité.
|
|---|
