Air quality permits are required for the construction of all new surface mining operations. An air quality permit requires a surface mining operation to estimate the type and amount of pollutants the facility will produce. During surface mining the most common pollutant is particulate matter having an aerodynamic diameter less than 10 microns (PM10). The Industrial Source Complex (ISC3) model, created by the United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA), is a model used for predicting dispersion of pollutants from industrial facilities, including surface mines and quarries. The use of this model is required when applying for a surface mining permit. However, the U.S. EPA and mining companies have repeatedly demonstrated that this model over-predicts the amount of PM10 dispersed by surface mining facilities, resulting in denied air quality permits. Past research has shown that haul trucks create the majority (80-90%) of PM10 emissions from surface mining operations. Therefore, this research concentrated on improving the ISC3 model by focusing on modeling PM10 emissions from mobile sources, specifically haul trucks at surface mining operations. Research into the ISC3 model showed that its original intended use was for facilities that emit pollutants via smoke stacks. The method used to improve the ISC3 model consisted of applying the dispersion equation used by the ISC3 model in a manner more representative of a moving haul truck. A new model called the Dynamic Component Program was developed to allow modeling of dust dispersion from haul trucks. To validate the Dynamic Component Program, field experiments were designed and conducted. These experiments measured PM10 from haul trucks at two different surface mining operations. The resulting analysis of the Dynamic Component Program, ISC3 model, and the actual field study results showed that the Dynamic Component Program was a 77% improvement over the ISC3 model overall. / Ph. D.

The establishment of intensively managed woody energy crops on reclaimed surface mine lands provides an opportunity to diversify domestic biomass sources, while increasing the productivity and economic value of underutilized land. Our objective is to test the effect of fertilization and irrigation on the growth, survival, biomass accumulation, biomass allocation, leaf area, and nutrient dynamics of American sycamore (Platanus occidentalis L.) and black locust (Robinia pseudoacacia L.) planted on a reclaimed surface mine. In 2008, replicated plantings of sycamore and black locust were established on the Big Elk mine in eastern Kentucky. Treatments tested include annual granular fertilizer applications of 37 kg N, 30 kg P, and 16 kg K ha-1, irrigation, irrigation + fertilization, and control. Following two growing seasons, American sycamore exhibited significantly (p < 0.05) greater height, diameter, leaf area, and stem biomass in fertilizer treatment compared to all other species and treatment combinations. Treatments had no affect on survival, but American sycamore exhibited significantly higher survival than black locust. Poor locust survival and growth were likely attributed to excessive ungulate browsing. Our findings indicate that fertilizer applications at young plantations on reclaimed mines in Appalachia increases tree height, diameter, and biomass accumulation.

Cette thèse décrit le développement d’une nouvelle méthodologie qui quantifie les chances de succès d’un tir confiné à grande échelle de relâchement des contraintes dans un pilier de mine souterraine, pour une masse rocheuse et un régime de contraintes donnés. L’approche est basée sur huit paramètres qui sont considérés comme contrôlant ultimement le processus, et dont l’influence et les interactions ont été quantifiées dans un premier temps avec la méthode des Systèmes d’ingénierie du roc (“Rock Engineering Systems”). Ces interactions et degrés d’influence ont ensuite été utilisés pour élaborer la nouvelle méthodologie, qui est basée sur un nouveau paramètre appelé l’Indice de relâchement, qui peut être ‘Faible’, ‘Moyen’, ‘Bon’ ou ‘Excellent’. Il est conclu que cette méthodologie a une valeur pratique élevée de par sa capacité à concevoir adéquatement un tir confiné à grande échelle de relâchement des contraintes dans un pilier de mine, en prenant simplement des mesures qui résultent en une augmentation de l’Indice de relâchement et, donc, des chances de succès du tir

Avec l’appauvrissement progressif des ressources minérales près de la surface, l'exploitation minière en profondeur et sous hautes contraintes constitue l'avenir de nombreuses mines en exploitation et en développement. Exploiter en grande profondeur implique généralement la réalisation de travaux miniers sous des conditions géotechniques plus difficiles. Or, une gestion du risque sismique et des dommages qui peuvent en découler est l’une des préoccupations majeures de ces mines. Le support de terrain constitue la dernière ligne de défense pour contrer les coups de terrain et ainsi contribue à la gestion du risque sismique. Dans un contexte dynamique, le système de soutènement sera aussi performant que son maillon le plus faible. Sous ces conditions, une évaluation proactive de la dégradation des systèmes de soutènement doit être effectuée afin d’appliquer des mesures correctives de manière préventive. Dans une perspective de contrôle de la qualité de l’information, les données reliées aux inspections du support de terrain mis en place doivent être facilement accessibles et consultables. Ce mémoire présente le développement d’outils d’analyse sur le support de terrain pour améliorer la compréhension des facteurs ayant une influence critique sur la performance et dégradation du support de terrain soumis à des conditions de chargement statique et dynamique. Ces outils d’analyses ont été développés à partir d’une base de données globale regroupant les observations rapportées sur la dégradation du support de terrain dans une mine profonde en exploitation. Ces observations étaient mises à jour sur une base mensuelle, au minimum, selon les pratiques de contrôle de la qualité appliquées à la mine. La collecte, le traitement et l’analyse des données géologiques, géomécaniques, opérationnelles et sismiques ont été réalisés pour le cas d’étude de la mine LaRonde, située au Québec. Le développement d’une base de données globale et d’outils d’analyses sur le support de terrain a permis d’identifier et d’évaluer de manière quantitative les facteurs critiques et les précurseurs qui influencent la performance du support de terrain. Ce mémoire démontre la contribution à la conception minière et à la gestion du risque sismique d’une base de données globale et d’outils d’analyses sur le support de terrain pour un environnement minier complexe sous hautes contraintes et sismiquement actif.