Remblayage d’un chantier minier souterrain

Contexte de l’étude

Durant les dernières décennies, l’industrie minière a eu un grand essor dû à la génération de capitaux très importants et de leur contribution de plus en plus grandissante sur l’économie des pays exploitants. Cependant, bien que produisant des métaux de base et précieux très convoités, les exploitations minières produisent aussi des rejets solides en très grande quantité qui peuvent avoir un impact nocif sur 1′ environnement et 1 ‘écosystème s’ils ne sont pas entreposés et gérés adéquatement. Ces rejets solides sont essentiellement les roches stériles et les rejets de concentrateur (ou résidus miniers). Au fil des années, les gouvernements ont par conséquent voté des lois de plus en plus strictes sur la protection environnementale qui obligent l’industrie minière à se munir de plans écologiquement acceptables de gestion et de traitement des rejets miniers ainsi que de fermeture des sites. Des ingénieurs et de nombreux chercheurs ont proposé plusieurs techniques de gestion des rejets miniers afin de limiter l’empreinte écologique des exploitations minières ( e.g., Benzaazoua et al., 2008). Ces techniques comprennent entre autres l’ennoiement des rejets miniers, les couvertures avec effet de barrière capillaire, la désulfuration environnementale des résidus, le remblayage minier, 1 ‘entreposage des stériles sous forme de hal des et des résidus dans des parcs ( e.g., Aubertin et al., 2002).
En ce qui concerne le remblayage des chantiers miniers souterrains, on distingue trois principaux types de remblai minier couramment utilisés dans l’industrie minière qui sont : le remblai rocheux cimenté (RRC), le remblai hydraulique (RH) et le remblai en pâte cimenté (RPC). Le remblai rocheux est principalement constitué de roches stériles de tailles variables, auxquelles on ajoute parfois un coulis d’agent liant qui peut être du ciment Portland seul ou combiné avec des ajouts minéraux (ex. cendres volantes, scories ou slag) dans le but d’accroître sa résistance mécanique.
Le remblai hydraulique est principalement constitué de rejets de concentrateur hydrocyclonés, ayant une granulométrie fine après grano-classement, d’eau de mélange et d’un agent liant avec une densité de pulpe (pourcentage solide massique) pouvant varier de 65 %et 70 %. Le remblai en pâte cimenté est un mélange constitué des rejets de concentrateur tout-venant filtrés (gâteau), d’eau  de mélange et d’un agent liant avec un pourcentage solide massique pouvant varier entre 70 % et 85 %.
Le remblai en pâte cimenté présente plusieurs avantages dont tout d’abord la réduction significative de la quantité de résidus miniers déposée en surface (pouvant aller jusqu’à 50%), la réduction des coûts d’opération (par rapport aux autres types de remblai), une meilleure stabilité des excavations souterraines, par conséquent une plus grande extraction du minerai et enfin une amélioration de la sécurité et des conditions de travail des mineurs (Hassani et Archibald, 1998; Slade, 2010).
Dans le cadre de cette étude, il sera principalement question du remblai en pâte cimenté utilisé à la mine Westwood d’IAMGOLD Corporation. Le projet Westwood détenu par IAMGOLD est une mine souterraine qui est entrée en production commerciale en juillet 2014. La mine Westwood est située sur la propriété Doyon, à 2,5 kilomètres à l’Est de l’ancienne mine d’or Doyon dans le canton Bousquet, à environ 40 kilomètres à l’Est de Rouyn-Noranda et à 80 kilomètres à l’Ouest de Vald’Or, en Abitibi dans l’Ouest du Québec, au Canada.
Du point de vue géologique, Westwood fait partie du camp minier Doyon-Bousquet-Laronde (DBL). Le camp recèle deux gisements de classe mondiale qui sont de loin les plus importants districts de la production d’or, de cuivre, de zinc et d’argent du Québec. Le secteur Westwood couvre le groupe métavolcanique de Blake River et une partie des groupes métasédimentaires de Cadillac et de Kewagama. La stratigraphie est généralement orientée Est-Ouest (100 à 110°) (Figure 1-2), avec des pendages abrupts à modérés (70 à 80°) vers le Sud et les polarités sont également vers le Sud (Mercier-Langevin et al., 2011). L ‘intrusif de Mooshla, un pluton différencié synvolcanique recoupe les roches volcaniques dans la portion ouest de la propriété. Les sulfures massifs volcanogènes aurifères (VMS) et les zones de sulfures disséminés présents dans la portion Est des claims sont connus en tant qu’ indices minéralisés Warrenrnac et Westwood et sont localisés des deux côtés de la faille Bousquet. Du côté minéralogique, trois enveloppes minéralisées distinctes ont été identifiées dans le secteur W estwood. Les deux premières sont constituées de veines et veinules de quartz, pyrite, chalcopyrite, sphalérite à l’intérieur d’ enveloppes contenant de 2 à 10% de pyrite disséminée. La troisième enveloppe correspond au corridor minéralisé  Warrenmac-Westwood, qui est situé sur le même contact stratigraphique de chaque côté de la faille Bousquet. La minéralisation consiste en des filons ou concentrations de pyrite-sphalérite riches en or avec des bandes locales de sulfures massifs (5 à 20 cm) et des veines/veinules riches en sulfures avec un peu d’or, tous inclus dans un halo riche en pyrite disséminée. La mine a une teneur moyenne d’environ 10 g d’or par tonne.

Table des matières

DÉDICACE
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX LISTE DES FIGURES
LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS
LISTE DES ANNEXES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Contexte de l’étude
1.2 Problématique de l’étude
1.3 Objectifs de l’étude
1.4 Cadre scientifique et démarche méthodologique de 1 ‘étude
1. 5 Structure du mémoire
CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE
2.1 Types de remblais miniers
2.1.1 Remblai rocheux
2.1.2 Remblai hydraulique
2.1.3 Remblai en pâte cimenté
2.2 Caractéristiques des remblais en pâte cimentés
2.2.1 Propriétés physiques du remblai en pâte cimenté
2. 2. 2 Propriétés mécaniques des remblais en pâte cimentés
2.2.3 Facteurs intrinsèques affectant les propriétés mécaniques du RPC 2.2.4 Facteurs extrinsèques influençant les
2.3 Remblayage d’un chantier minier souterrain
2.3.1 Rôle assigné au remblai en pâte et sa résistance requise
2.3.2 Étapes de fabrication du remblai en pâte cimenté à l’usine
2.3.3 Transport et le contrôle de la qualité du RPC
2.4 Coefficient de poussée latérale des terres K
2.4.1 Coefficient de poussée latérale des terres au repos Ko
2.4.2 Coefficient de poussée latérale des terres actif Ka
2.4.3 Coefficient de poussée latérale des terres passif Kp
2.5 Description des contraintes dans les chantiers remblayés
2. 5.1 Modèles 2D des contraintes dans les chantiers remblayés
2.5.2 Modèles 3D des contraintes dans les chantiers remblayés
2.6 Mesures in situ des pressions de chantiers remblayés
2.6.1 Mines Kanowna Bell (KB) et Savannah Nickel en Australie
2.6.2 Chantier 17-5B-5 de la mine Chimo au Canada
2.6.3 Chantier 10-30 de la mine Bouchard-Hébert au Canada
2.6.4 Chantier 8-1FW de la mine Doyon au Canada
2.6. 5 Première instrumentation à la mine Çayeli en Turquie
2.6.6 Seconde instrumentation à la mine Çayeli en Turquie
2.6. 7 Mine Xtrata Copper de Kidd au Canada
CHAPITRE 3 MATÉRIELS ET MÉTHODOLOGIE
3.1 Matériels utilisés dans le cadre des essais de cisaillement direct..
3.1.1 Caractérisation des résidus et du liant
3.1.2 Appareillage de cisaillement direct
3.1.3 Modèle physique de chantier minier et les instruments utilisés
3.2 Étapes du remblayage d’un chantier minier à la mine Westwood
3.2.1 Préparation du chantier..
3.2.2 Caractéristiques des chantiers miniers à instrumenter à la mine Westwood
3.3 Programme expérimental.
3.3.1 Essais de cisaillement direct au laboratoire
3.3.2 Remblayage du modèle physique de chantier minier au laboratoire
3.3.3 Remblayage des chantiers miniers sous terre (in situ)
3.3.4 Déduction des paramètres mécaniques intrinsèques à partir des différentes mesures de pression
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Résistance au cisaillement du remblai d’âge jeune
4.1.1 Résultats du cisaillement direct du remblai à 3 jours de cure
4.1.2 Résultats du cisaillement direct du remblai à 5 jours de cure
4.1.3 Résultats du cisaillement direct du remblai à 7 jours de cure
4.1.4 Paramètres intrinsèques du remblai d’âge jeune
4.2 Résultats sur le remblayage du modèle physique
4.2.1 Pressions dans la partie chantier du modèle physique
4.2.2 Pression exercée sur la barricade du modèle physique
4.2.3 Variation de la pression dans le modèle en fonction de la hauteur
4.3 Résultats sur le remblayage du chantier #83
4.3.1 Pressions dans le chantier #83
4.3.2 Pressions sur la barricade dans la galerie du chantier #86
4.3.3 Variation des pressions dans le chantier en fonction de la hauteur
4.3.4 Variation des pressions au niveau de la barricade en fonction de la hauteur
4.4 Résultats sur le remblayage du chantier #76
4.4.1 Pressions dans le chantier #76
4.4.2 Variation des pressions dans le chantier #76 en fonction de la hauteur.. CHAPITRE 5 DISCUSSION
5.1 Impact de la cure du remblai dans le chantier
5.1.1 Pressions verticales et le poids du remblai
5.1.2 État de la poussée sur les barricades
5.2 Évolution des paramètres élastiques et mécaniques dans les chantiers et le modèle physique
remblayés
5.2.1 Paramètres élastiques
5.2.1 Paramètres mécaniques
CHAPITRE 6 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
RÉFÉRENCES
ANNEXE A- PRESSIONS DANS LE MODÈLE PHYSIQUE

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