Impact of Unsaturated Conditions on the Stability of Tailings Impoundments with Waste Rock Inclusions

RÉSUMÉ: Les roches stériles et les résidus miniers, qui sont les deux principaux types de rejets solides générés par les activités minières, sont typiquement gérés séparément. Les stériles grossiers sont généralement entreposés en surface dans des haldes à stériles, alors que les résidus fins sont déposés hydrauliquement dans des parcs à résidus. Les résidus saturés des mines de roche dure ont une faible conductivité hydraulique et une faible résistance au cisaillement après leur déposition. Durant les périodes sèches, le niveau phréatique dans le bassin peut toutefois s’abaisser entre les cycles de mise en place, menant à des conditions non saturées près de la surface. Les résidus présentent alors une rigidité et une résistance au cisaillement accrues, induites par la pression négative de l’eau interstitielle, ce qui peut influencer la stabilité géotechnique des ouvrages. L’ajout d’inclusions de roches stériles (IRS; ou WRI) dans le bassin peut également contribuer à augmenter la rigidité et la résistance en favorisant le drainage et en abaissant la nappe phréatique, tout en produisant un renforcement des digues. L’article présente une analyse de la désaturation des résidus et les effets associés sur la stabilité des ouvrages. Le rôle des IRS et d’un tapis drainant dans le processus de désaturation, et l’impact sur le facteur de sécurité (FS) pour les IRS, sont également évalués.

ABSTRACT: Waste rocks and tailings, which are the two main types of solid waste generated by mining operations, are typically managed separately. Coarse-grained waste rocks are usually disposed on the surface in waste rock piles, while fine-grained tailings are deposited hydraulically in surface impoundments. Saturated cohesionless tailings from hard rock mines have low hydraulic conductivity and shear strength after their deposition. During dry spells, the phreatic surface in the impoundment can however be lowered between deposition cycles, leading to unsaturated conditions in the tailings near the surface. Unsaturated tailings have a higher stiffness and shear strength due to the negative porewater pressures, which may affect geotechnical stability. The addition of waste rock inclusions (WRI) in the impoundment can also contribute to increasing the tailings stiffness and strength by promoting drainage and lowering the water table, while providing reinforcement to the retaining dikes. This article presents an analysis of progressive desaturation of tailings and the related effect of unsaturated conditions on the stability of tailings impoundments. The role of WRI and of a drainage mat in enhancing the desaturation process, and the related impact on the factor of safety (FS) in the case of WRI, are also investigated