Stability analysis of ore pass systems at Brunswick mine

Authors: Esmaieli, Kamran
Advisor: Hadjigeorgiou, JohnGrenon, Martin
Abstract: Des cheminées à minerai sont utilisées dans des mines pour transférer par gravité le minerai des niveaux supérieurs de la mine aux niveaux inférieurs. L'intégrité des cheminées à minerai peut être compromise par des changements des contraintes et par les structures géologiques en place dans le massif rocheux. Par ailleurs, le passage du minerai participe à l'usure des murs des cheminées, causée par les charges d'impact et par l'abrasion aux parois. La revue de la littérature pertinente sur la dégradation des cheminées à minerai, suggère que tous ces mécanismes peuvent potentiellement agir simultanément bien qu'un d'entre eux soit habituellement le plus dominant. La majorité des études abordant ce sujet ont considéré l'influence d'un seul mécanisme de rupture sur l'intégrité des cheminées à minerai ou n'ont pas pris en considération, de manière réaliste, l'interaction des différents mécanismes de rupture. L'objectif de cette thèse était d'analyser la stabilité des cheminées à minerai à la Mine Brunswick. Une campagne de collecte de données a été réalisée à la mine. Une analyse qualitative et quantitative des données rassemblées a permis l'identification des pratiques actuelles et passées à la mine. Cette analyse s'est concentrée sur l'influence de la géométrie et de la configuration des cheminées à minerai, du massif rocheux, du régime des contraintes et des pratiques sur les problèmes opérationnels observés, reliés à l'utilisation des cheminées à minerai. Des cheminées à minerai avec des signes de dégradation majeure, ont fait l'objet d'une investigation plus détaillée. En particulier, l'évolution de la dégradation a été documentée et les mécanismes critiques de dégradation ont été identifiés. Une approche de modélisation numérique étapiste a été utilisée pour étudier la stabilité des cheminées à minerai. L'approche utilisée considère l'interaction de l'influence des contraintes, de la fracturation inhérente au massif rocheux et de l'usure due au passage du matériel comme étant des mécanismes de dégradation des cheminées à minerai. La première étape de cette approche était l'utilisation des modèles d'analyse des contraintes 3D utilisant le logiciel Map3D pour calculer les contraintes globales. La seconde étape était la construction d'un modèle synthétique du massif rocheux qui simule plus adéquatement le comportement d'un massif rocheux fracturé. Le logiciel Fracture-SG a été utilisé pour représenter la géométrie du réseau de discontinuités existant, tel qu'observé sur des sites choisis à la Mine Brunswick. Le système de fracturation modélisé est ensuite couplé avec un modèle tridimensionnel d'éléments distincts, le Particle Flow Code (PFC). PFC simule la roche intacte comme un ensemble de plusieurs particules sphériques, aux dimensions uniformément distribuées, liées entre elles aux points de contact. Un modèle synthétique du massif rocheux peut être soumis à différents niveaux de contraintes tridimensionnelles. Selon le niveau des contraintes imposé, le massif rocheux synthétique peut céder par la rupture des portions intactes de roche ou par le glissement des discontinuités. Ceci est une innovation importante dans la simulation d'un massif rocheux fracturé. Cette façon de modélisée un massif rocheux synthétique a été utilisée pour faire la rétro-analyse d'une cheminée déjà dégradée à la Mine Brunswick. Un modèle de fracturation du massif rocheux a été généré en utilisant des données quantitatives obtenues pour un sulfure massif à la mine. Un modèle synthétique du sulfure massif a été construit en intégrant la géométrie du réseau de discontinuités modélisé dans un modèle PFC. Le modèle PFC a été ensuite calibré suivant les propriétés mécaniques des échantillons de roche intacte de sulfure massif testés en laboratoire. Ensuite, les contraintes aux frontières du modèle synthétique ont été appliquées et les volumes des cheminées à minerai ont été extraits du modèle. Ceci a permis la quantification de la grandeur des zones d'effondrement crées par l'interaction des contraintes et des structures en place autour de la cheminée à minerai. On a observé différents mécanismes d'effondrement tels que la rupture de portions de roche intacte entre les discontinuités préexistantes suivi par la chute de blocs rocheux générés par la propagation et l'intersection des discontinuités. L'influence de l'impact associé à l'écoulement des particules a alors été intégrée en projetant un fragment de roche (simulé par une particule sphérique rigide) sur les murs de la cheminée à minerai modélisés. Cette thèse présente un cadre d'analyse portant sur l'étude de l'interaction et de l'influence des différents mécanismes de rupture sur la dégradation des cheminées à minerai. Utilisant des données de terrain amassées à la Mine Brunswick, il a été démontré que cette approche a des ramifications importantes sur la conception des cheminées à minerai. Elle peut potentiellement être employée pour la conception des cheminées à minerai dans une gamme de régimes structuraux et de contraintes. Cette approche peut faciliter le choix des configurations des cheminées qui peuvent atténuer la dimension des zones d'effondrement autour d'elles. Une contribution importante de cette thèse est l'intégration de l'influence de l'impact de matériel. Ceci peut aussi faciliter le choix d'une configuration de cheminées à minerai qui atténuerait l'apparition de dommages aux parois en raison de l'écoulement du matériel dans la cheminée. Ces techniques de conception améliorées peuvent potentiellement augmenter la longévité du système de cheminées à minerai et réduire les besoins en réhabilitation. Ceci aura des ramifications importantes sur l'investissement et les coûts opératoires.
Document Type: Thèse de doctorat
Issue Date: 2010
Open Access Date: 17 April 2018
Permalink: http://hdl.handle.net/20.500.11794/22112
Grantor: Université Laval
Collection:Thèses et mémoires

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