Dans le contexte de la conception minière dans un environnement en transition vers de hautes contraintes et actif sismiquement, comprendre les paramètres géomécaniques et opérationnels influençant la sismicité est essentiel. Les tirs à l’explosif de production, ainsi que lesstructures géologiques, sont des contributeurs importants à la sismicité. Une meilleure compréhension des interactions entre ces différents paramètres avec la sismicité permettrait aux opérateurs miniers d’optimiser la planification des travaux afin de protéger les travailleurs et d’éviter des délais de production. Une campagne géotechnique a été effectuée à la mine Éléonore en mars 2017 afin d’identifier les familles de discontinuités principales et caractériser la qualité du massif rocheux. L’hypothèse selon laquelle la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore est contrôlée par les structures géologiques locales, a été testée à l’aide d’une nouvelle méthode quantitative. De cette étude, la sismicité après un tir à l’explosif de production semble fortement associée à la famille principale subhorizontale. Une analyse par une méthode des moindres carrés partiels a été utilisée afin d’identifier parmi 78 paramètres opérationnels et géomécaniques lesquels corrélaientavec la réponse sismique associée avec un tir à l’explosif de production. De cette analyse, les principaux facteurs corrélés à la sismicité après un tir à l’explosif de production à la mine Éléonore sont les structures géologiques majeures, la dimension des chantiers et le patron de forage. Par la mise en commun de ces deux études, les structures géologiques locales et régionales ressortent comme les principaux facteurs associés à une plus forte réponse sismique après un tir à l’explosif de productionà lamine Éléonore. Les paramètres opérationnels identifiés comme des facteurs contributeurs à la réponse sismique sont la taille des chantiers et le patron de forage. / Seismicity in the mining environment is controlled by factors including stope and development blasting, the presence of geological features, and stress conditions. The Goldcorp Eleonore mine is located in the James Bay region, Quebec, Canada. Its 800-metre depth makes Eleonore a relatively shallow mine when compared to other seismically active Canadian mines. Despite the mine’s depth, seismicity is a geotechnical hazard that may be arguably attributed to a particular stress regime and complex geology. An improved understanding of the seismic responses following blasting can decrease seismic risk and is beneficial to mine planning and productivity. Seismic responses to blasting were spatially delineated using a density-based clustering approach. The spatial characteristics of clusters were assessed using Principal Component Analysis (PCA). The best-fit planar representation of seismic event clusters was identified. The orientation of the best-fit planar representations was then compared to the mine’s local jointing to investigate the causative seismic source mechanism for these events. The results of this study show that seismicity is linked to local jointing.

Au Canada une méthode de minage fréquemment employée en milieu souterrain est l’extraction par chambre ouverte. Cela est attribuable aux hauts rendements et faibles coûts qu’elle engendre. La capacité de concevoir une chambre ouverte qui est stable est critique pour la rentabilité de l’opération. Pour ce faire, des outils empiriques, tels que les abaques de stabilité, ont été développés et améliorés afin de prédire la stabilité des chantiers et les volumes de bris hors-profil. Malheureusement, ces abaques ne s’appliquent pas à tous les contextes miniers, notamment les mines profondes. Par exemple, les excavations sujettes à la sismicité ne sont pas prises en compte par l’analyse empirique standard des chantiers. Les mines profondes et sismiquement actives se retrouvent sans outils empiriques de conception des chantiers adéquats et les variables influençant la performance de chantiers ne sont pas bien définies. L’objectif général de ce mémoire est de développer une meilleure compréhension de la performance des chantiers en grande profondeur et sujets à la sismicité en identifiant les variables contrôlant la stabilité des chantiers, afin de pouvoir maximiser la sécurité et la rentabilité pour cette méthode d’exploitation. Une base de données de chantiers fut créée intégrant les données provenant du cas d’étude, soit la mine LaRonde. Elle comprend des variables géométriques, géomécaniques, opérationnelles et sismiques. Pour évaluer les performances d’un chantier (c’est-à-dire, les volumes de bris hors-profil), une réconciliation entre les géométries du chantier conçu et miné a été effectuée pour le chantier dans son ensemble et pour chaque surface le constituant. Des méthodes statistiques univariées, bivariées et multivariées ont servi à identifier les variables critiques. Les résultats de l’analyse univariée ont montré que le sur-bris (OB) pour l’éponte supérieure de chantiers primaires de type A (miné contre l’éponte supérieure du corps minéralisé) et le sous-bris (UB) pour les murs Est et Ouest de chantiers primaires de type B (miné contre l’éponte inférieure du corps minéralisé) sont les paramètres critiques de sous-performance pour le cas d’étude. Une analyse bivariée a montré les tendances reliant l’OB aux événements sismiques mesurés sur l’échelle Richter, à la désignation de la qualité de la roche (RQD), à la durée de vie du chantier et à la distribution spatiale de ces chantiers. Des tendances ont également été trouvées liant l’UB au volume planifié et à la distance entre les trous de forage et le mur du chantier. Les résultats des analyses multivariées ont montré des résultats semblables aux analyses bivariées. De plus, ces analyses ont permis de montrer les tendances liant l’OB à la performance des chantiers adjacents et l’UB au nombre de tirs à l’explosif réalisé. Des modèles prédictifs, construits à partir des analyses multivariées, permettent d’obtenir un bon taux de réussite pour quantifier la performance (bris hors profil, OB) des chantiers.

L’ensemble des mines – et particulièrement celles exploitant un gisement filonien ou de faible puissance – sont très sensibles à la problématique de la dilution minière (i.e ., bris hors-profil de l’éponte supérieure). En effet, puisque cette dilution est généralement de faible teneur, le matériel qui se retrouve dans les chantiers miniers peut ne pas permettre de compenser les coûts associés au minage et par conséquent, la rentabilité de l’opération peut en être affectée. Ceci est particulièrement vrai lorsque la teneur de la dilution se situe sous le seuil de rentabilité (i.e., teneur de coupure). Par ailleurs, lorsque des effondrements (dilution) surviennent pendant les activités de soutirage, ceci représente un risque important pour les équipements mobiles (e.g., chargeuse-navette). Nombreux sont les chercheurs qui ont travaillé à développer et à améliorer les abaques de stabilité et critères de conception de chantiers, mais leur efficacité à prédire le bris hors-profil est souvent faible. Néanmoins, ces outils demeurent très utiles pour les projets sur sites vierges (« greenfield projects »), mais dès lors que les conditions géomécaniques d’un site deviennent mieux comprises, il importe de corriger et d’optimiser ces critères de conception afin de mieux représenter la réalité de l’opération minière. Ce mémoire expose donc la méthodologie employée afin de quantifier le bris hors-profil provenant des différentes surfaces des chantiers (i.e., épontes, toit, murs) exploités par la méthode de chambre vide. Une comparaison entre les performances réelles et celles prédites par les modèles couramment utilisés dans l’industrie a été effectuée. À l’aide de méthodes statistiques univariées et bivariées, les paramètres affectant le bris hors-profil peuvent être déterminés objectivement. L’élaboration de nouveaux modèles statistiques permet également d’accroître la fiabilité des prédictions (i.e., le bris hors-profil) et fournit des outils permettant d’assister les ingénieurs dans la conception et le dimensionnement des chantiers miniers. La mine Éléonore de Goldcorp a servi de cas d’étude afin de démontrer la validité d’une telle démarche.

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.