Transition vers une mine sous hautes contraintes et active sismiquement 

Transition vers une mine sous hautes contraintes et active sismiquement 

Problématique

L’augmentation des contraintes avec la profondeur engendrera une augmentation de la sismicité et du risque associé avec cette dernière. Les tirs à l’explosif de production modifient l’état de contraintes dans le massif rocheux ce qui est associé à une forte réponse sismique (Vallejos et McKinnon, 2008). La sismicité dans les mines souterraines peut avoir des effets néfastes sur les opérations (Hudyma, 2002; Sandy et al., 2010). Les principaux impacts sur les opérations minières sont présentés dans la liste suivante :
– impact sur la sécurité des travailleurs
– instabilité des infrastructures souterraines
– ralentissement des opérations
– augmentation des coûts opérationnels
Quand cela est possible, des techniques de mitigation appropriées peuvent être employées pour gérer le risque posé par la sismicité induite (Heal et al., 2015). Les opérateurs miniers ont réussi avec succès à mitiger davantage le risque de la sismicité à travers de meilleures stratégies de planification (Potvin, 2014). Cependant, avec l’augmentation de la profondeur et des contraintes,
de nouvelles méthodes doivent être développées afin d’améliorer la compréhension des processus et d’identifier les paramètres opérationnels et géomécaniques contribuant à l’activité sismique sous terre. Une meilleure compréhension de la réponse sismique après un tir à l’explosif est particulièrement importante puisque les tirs à l’explosif sont associés avec une forte activité sismique dans les mines souterraines.
La sismicité ne pouvant être éliminée, une bonne compréhension des processus contrôlant la formation des évènements sismiques afin de protéger les travailleurs sous terre est nécessaire (Singh et al., 2002). Il est donc important d’estimer la distribution spatiale et temporelle de la sismicité pour tout programme de contrôle du risque sismique (Wesseloo, 2014). Le mécanisme source responsable de la sismicité contrôle la distribution spatiale de cette dernière et le risque associé. Identifier le mécanisme source responsable de la sismicité sous terre est donc essentiel pour tout programme de mitigation des risques dans les mines souterraines.
De plus, la plupart des méthodes pour évaluer le risque sismique associé avec les tirs à l’explosif de production ne cherchent pas à identifier les facteurs opérationnels et géomécaniques principaux contribuant à la réponse sismique. Les opérateurs miniers utilisent principalement le nombre d’évènements sismiques cumulé et les magnitudes associées, en négligeant souvent les paramètres géologiques et opérationnels. Une meilleure compréhension du mécanisme source de la sismicité induite, ainsi que des principaux facteurs opérationnels et géomécaniques contribuant à la réponse sismique dans une mine souterraine après les tirs à l’explosif, permettrait d’optimiser les opérations minières en limitant les retards et les pertes de production causés par cette sismicité induite.
La mine Éléonore extrait actuellement de l’or entre 170 et 800 mètres sous terre. Elle prévoit actuellement une exploitation jusqu’à 1140 mètres de profondeur. La mine est en transition de son état de mine peu profonde sous faibles contraintes vers une mine sous hautes contraintes et active sismiquement. Une meilleure compréhension du mécanisme source et des paramètres associés à la sismicité actuelle à la mine Éléonore lui permettrait de mieux planifier les futurs travaux miniers.
À l’aide de ces connaissances supplémentaires, la mine Éléonore sera mieux outillée afin d’optimiser la production tout en s’assurant de la sécurité des travailleurs sous terre.

Objectifs

L’objectif général de ce mémoire est d’améliorer la compréhension actuelle de la sismicité à la mine Éléonore afin de permettre une meilleure planification des travaux futurs sous de plus hautes contraintes. Le premier objectif est donc d’évaluer la contribution des structures géologiques mineures comme mécanisme source de la sismicité à la mine Éléonore après un tir à l’explosif de production. Le second objectif est d’identifier les principaux facteurs opérationnels et géomécaniques contribuant à la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore. Pour ce faire, plusieurs sous-objectifs ont été identifiés :
1. Identifier la période durant laquelle l’estimation de la localisation et des paramètres sources des données sismiques est stable et de bonne qualité pour la mine Éléonore.
2. Identifier les familles principales de discontinuités à la mine Éléonore.
3. Caractériser la qualité du massif rocheux par le calcul de l’index Q’.
4. Délinéer en groupe (« cluster ») des évènements sismiques selon la méthode de Woodward (2015).
5. Lier ces groupes d’évènements sismiques à des tirs à l’explosif de développement ou de production lorsque c’est possible.
6. Tester l’hypothèse selon laquelle le principal mécanisme source de la sismicité est associé aux structures géologiques locales à l’aide d’une nouvelle méthode quantitative.
7. Déterminer les principaux facteurs opérationnels et géomécaniques contribuant à la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore par une analyse des moindres carrés partiels (PLS).

Plan du mémoire

Le mémoire est divisé en six chapitres. Le premier chapitre introduit brièvement le contexte, la présentation de la problématique, les objectifs et le plan du mémoire. Le chapitre 2 présente le cas d’étude de la mine Éléonore. Il décrit la localisation de la mine, les réserves de minerai, la méthode de minage et la géologie, le système sismique installé à la mine ainsi que les données sismiques utilisées pour les analyses subséquentes. La base de données initiale des tirs à l’explosif de production ainsi que les modifications qui y ont été apportées pour la présente étude y sont également détaillées. Le chapitre 3 présente la méthode utilisée et les résultats de la campagne géotechnique faite par Jeffrey Oke et Jocelyn Tuleau en mars 2017 à la mine Éléonore. Les résultats de cette campagne portent sur l’identification des familles de discontinuités principales et le calcul de l’index de qualité du massif rocheux Q’. Cet index est ajouté à la base de données de tirs à l’explosif de production introduit au chapitre 2. Les résultats de la campagne géotechnique sont utilisés lors des analyses décrites dans les chapitres 4 et 5. Le chapitre 4 est sous forme d’article. Il présente la méthode de délinéation en groupe des évènements sismiques. L’association de ces groupes à des tirs à l’explosif de production et de développement est également détaillée. Les résultats de l’identification du mécanisme source caractérisant ces groupes d’évènements sismiques liés aux structures géologiques locales, grâce à une nouvelle méthode quantitative développée lors de ce projet, sont expliqués. Cette méthode permet d’identifier, de délimiter et de caractériser la réponse sismique après un tir à l’explosif. Les structures géologiques locales sont celles cartographiées lors de la campagne géotechnique introduite au chapitre 2. Le chapitre 5 est également sous forme d’article. Il présente les résultats de l’analyse permettant d’identifier les paramètres opérationnels et géomécaniques associés à la sismicité après un tir à l’explosif de production à l’aide d’une méthode par moindres carrés partiels. Les paramètres étudiés sont ceux compilés dans la base de données présentée au chapitre 2. Les regroupements d’évènements sismiques réalisés au chapitre 4 sont également utilisés afin de définir la sismicité. Enfin, le chapitre 6, est la conclusion du mémoire présentant un sommaire, les limitations et les recommandations pour de futurs travaux.

Conclusion

Ce chapitre a permis de présenter une mise en contexte du mémoire, la problématique, les objectifs et un plan de rédaction. Une meilleure compréhension des mécanismes sources de la sismicité et des facteurs opérationnels et géomécaniques contrôlant la sismicité après un tir à l’explosif de production est essentielle afin de permettre aux minières de mieux planifier leurs travaux et ainsi assurer la sécurité des travailleurs sous terre et d’éviter les pertes et délais de production. Ce mémoire a deux objectifs. Le premier objectif de ce mémoire est d’identifier si les structures géologiques sont associées à un mécanisme source principal de la sismicité. Le deuxième objectif est d’identifier les facteurs principaux opérationnels et géomécaniques contribuant à la sismicité après les tirs à l’explosif de production à la mine Éléonore.Pour ce faire, une campagne géotechnique doit être réalisée à la mine Éléonore afin d’identifier les familles de discontinuités principales et la qualité du massif rocheux (Chapitre 3). Une nouvelle méthode quantitative doit être développée et appliquée à la mine Éléonore pour évaluer la contribution des structures géologiques mineures comme mécanisme source de la sismicité (Chapitre 4). Afin d’identifier les facteurs opérationnels et géomécaniques principaux contribuant à la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore, une méthode d’analyse statistique par les moindres carrés partiels sera utilisée (Chapitre 5).

Table des matières

Résumé
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des abréviations et des sigles
Avant-Propos
1. Chapitre 1: Introduction générale 
1.1. Contexte
1.2. Problématique
1.3. Objectifs
1.4. Plan du mémoire
1.5. Conclusion
2. Chapitre 2: Cas d’étude: La mine Éléonore 
2.1. Introduction 
2.2. La mine Éléonore – Information générale 
2.2.1. Localisation
2.2.2. Réserves et ressources minérales
2.2.3. Méthode de minage
2.2.4. Géologie
2.3. Système sismique à la mine Éléonore 
2.4. Base de données de tir à l’explosif de production
2.4.1. Paramètres d’entrées
2.4.1.1. Campagne géotechnique
2.4.1.2. Modélisation de la redistribution des contraintes
2.4.2. Paramètres de sortie
2.5. Conclusion
3. Chapitre 3: Campagne géotechnique à la mine Éléonore 
3.1 Introduction
3.2 Méthodologie
3.2.1. Cartographie par traverse
3.2.2. Erreurs et biais
3.2.3. Méthode utilisée pour la cartographie
3.2.3.1. Matériels
3.2.3.2. Méthodologie
3.2.3.2.1. La distance le long de la traverse
3.2.3.2.2. Le type de structure
3.2.3.2.3. Orientation des discontinuités
3.2.3.2.4. Remplissage
3.2.3.2.5. Altération de la discontinuité Ja
3.2.3.2.6. Ouverture
3.2.3.2.7. Rugosité de la discontinuité et le coefficient de rugosité du joint (JRC)
3.2.3.2.8. Forme de la discontinuité
3.2.3.2.9. Condition hydraulique
3.2.3.2.10. Terminaison et Persistance (m)
3.2.3.2.11. Espacement entre deux discontinuités d’une même famille (m)
3.2.3.2.12. Type de roche
3.2.3.2.13. Estimation de la résistance en compression uniaxiale
3.2.3.2.14. Estimation de la qualité du massif rocheux
3.2.3.2.15. Estimation du RQD (Rock Quality Designation)
3.2.3.2.16. Calcul de l’indice Q’ (Rock Tunneling Quality Index Q System)
3.3. Résultats
3.3.1. Résultats de la campagne géotechnique à la mine Éléonore
3.3.2. Paramètres géotechniques
3.3.2.1. État des murs
3.3.2.2. La distance le long de la traverse
3.3.2.3. Le type de structure
3.3.2.4. Orientation des discontinuités
3.3.2.5. Le remplissage
3.3.2.6. L’ouverture
3.3.2.7. L’altération des discontinuités Ja
3.3.2.8. Rugosité des discontinuités
3.3.2.9. Forme des discontinuités
3.3.2.10. Coefficient de rugosité Jr
3.3.2.11. Conditions hydrauliques
3.3.2.12. Type de roche et estimation de la résistance en compression uniaxiale
3.3.2.13. Estimation du RQD
3.4. Analyse 
3.4.1. Calcul de l’indice Q’
3.5. Conclusion 
4. Chapitre 4: Blast induced seismic response at the Goldcorp Eleonore mine : identification, delineation and characterization
4.1. Résumé
4.2. Abstract
4.3. Keywords
4.4. Introduction
4.5. Clustering methodology 
4.5.1. Density-based clustering for short-term seismicity
4.5.2. Clustering methodology performance
4.5.3. Temporal delineation
4.5.4. Maximum likelihood estimate (MLE) method
4.5.5. Weighted MLE
4.6. Quality filters applied to the database
4.6.1. Range filter
4.6.2. Linear filter
4.7. Plane fitting methodology 
4.8. Case Study – Eleonore mine
4.8.1. General information
4.8.2. Seismic monitoring system
4.8.3. Structural campaign
4.9. Results 
4.9.1. Spatial delineation and cluster filtering
4.9.1.1. Spatial delineation
4.9.1.2. Cluster filtering
4.9.2. Clusters’ planes results
4.9.2.1. Plane identification
4.9.2.2. Comparison with the geotechnical campaign
4.9.3. Discussion
4.10. Conclusions 
4.11. Acknowledgements 
5. Chapitre 5: Multivariate statistical analysis to investigate the seismic response to production blasting at Goldcorp Eleonore
5.1. Résumé 
5.2. Abstract
5.3. Introduction 
5.4. Case Study – Eleonore mine 
5.4.1. General Information
5.4.2. Seismic Monitoring System
5.4.3. Geotechnical Campaign
5.5. Blast database
5.5.1. Input Parameters
5.5.1.1. General Input Parameters
5.5.1.2. Geological Structures
5.5.1.3. Q’ index
5.5.1.4. Stress Input Parameters
5.5.2. Output Parameters
5.5.2.1. Spatial and Temporal Search Parameters Analysis Output
5.5.2.2. Clustering Approach Output
5.5.2.3. General output parameters
5.6. Partial least squares analysis
5.7. Results of the PLS Analysis
5.7.1. Cluster Method Results
5.7.2. STP 1 (11h-60m) Results
5.7.3. STP 2 (23h-60m) Results
5.7.4. STP 3 (11h-100m) Results
5.7.5. STP 4 (23h-100m) Results
5.8. Results Summary 
5.9. Discussion 
5.10. Conclusion 
5.11. Acknowledgements 
6. Chapitre 6 : Conclusion
6.1. Sommaire
6.2. Limitations du mémoire 
6.3. Recommandations pour travaux futurs
Références
Annexes

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