Optimisation of snow management practices on tailings storage facilities to reduce spring freshet intensity and geoenvironmental risks

Karamouzian, Mohammad Mahdi (2024). Optimisation of snow management practices on tailings storage facilities to reduce spring freshet intensity and geoenvironmental risks. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1687

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Résumé

RÉSUMÉ

La gestion de l’eau est un défi important pour l’industrie minière et plus particulièrement au printemps lors de la fonte de la neige. Une quantité importante de l’inventaire annuel de l’eau peut être stocké sous forme de neige à la surface des parcs à résidus miniers. Ceci fait qu’u dégel, une quantité d’eau important est libérée sur une période relativement courte, appelée crue printanière. La durée et l’intensité de la crue peut varier d’une année à l’autre, mais entraîne des défis importants en gestion de l’eau sur les parcs à résidus. La grande quantité d’eau à gérer fait que les infrastructures de gestion et de traitements des eaux ainsi que les ouvrages de retenue des résidus miniers sont sollicitées à pleine capacité durant cette période. Dans un contexte de changements climatiques où il y a une augmentation dans la variabilité et les extrêmes de plusieurs variables du cycle de l’eau, les crues printanières représentent un risque grandissant sur la stabilité des infrastructures de gestion de l’eau et des rejets miniers. Cette étude explore l’utilisation de piles de gestion de la neige comme solution pour contrôler l’intensité et les taux de fonte de la neige lors de la crue printanière. Ces piles sont conçues pour contrôler le taux de fonte et ainsi réduire les débits de pointe des eaux de fonte. En gérant le moment et le volume d’eau entrant dans les installations de stockage des résidus, les piles de gestion de la neige peuvent aider à maintenir l’intégrité des infrstructures ges gestion des rejets minier et à atténuer les risques géotechniques et environnementaux qui y sont associés

L’objectif principal de cette recherche est d’évaluer l’efficacité des piles de gestion de la neige à contrôler la fonte de la neige sur les parcs à résidus miniers. Plus précisément, l’étude vise à évaluer comment les piles de gestion de la neige peuvent contrôler les taux de fonte de la neige, réduire les pics de débit de fonte et prolonger le temps de fonte. Pour ce faire, six piles de gestion de la neige ont été construites à l’échelle pilote sur deux sites miniers sur une période de deux ans. Les méthodes utilisées ont évaluer la capacité d’équipements civils conventionnels et d’équipement spécialisés à construire des piles de gestion de la neige de manière optimale. Les piles de gestion de la neige ont été conçues avec des profils cubiques, coniques et en crête. La fonte des piles de gestion de la neige a été suivie par des mesured de changements de volume, hauteur et d’empreinte à l’aide de techniques de photogrammétrie et de relevés LiDAR. Des mesures de densité de la neige ont également été obtenues par échantillonnage de carottes de neige à différents intervalles.

Les résultats ont indiqué que les piles de gestion de la neige permettent d’augmenter la durée de la fonte de la neige en prolongeant le processus d’environ quatre à six semaines. Le volume et la hauteur des piles de gestion de la neige se sont révélés être des facteurs critiques influençant leur capacité à réguler la fonte des neiges.

Un modèle numérique simplifié décrivant la fonte des piles de gestion de la neige a été développé. Les résultats ont montré que la prédiction du comportement en fonte avait une erreur moyenne de 6,75 % par rapport aux mesures de terrain, tandis l’erreur de la prédiction de la durée totale de la période de fonte des piles de gestion de la neige était inférieur à 4 %. Sur la base de ces résultats de modélisation, des graphiques de prédiction de la fonte des piles de gestion de la neige ont été développés, prenant en compte les dimensions, la forme et le coût de construction des piles de neige. Des équations décrivant la performance anticipée de piles de gestion de la neige en fonction de la hauteur ou du volume des piles de gestion de la neige ont été développées basées sur les résultats de 35 configurations de piles modélisées. Il a été constaté que les piles de gestion de la neige en forme de cône sont très sensibles aux changements de température, tandis que les piles de gestion de la neige en forme de crête sont moins sensibles et présentent des performances plus stables sous différentes sollicitations climatiques. Ces graphiques pourraient être utilisés pour concevoir des piles de gestion de la neige et réduire les risques géotechniques des parcs à résidus miniers durant la fonte printanière.

L’étude a conclu que les piles de gestion de la neige peuvent aider à atténuer les risques environnementaux et géotechniques associés à la fonte rapide des neiges, réduisant potentiellement le besoin d’installations de stockage et de traitement supplémentaires lors d’événements extrêmes. Cela est particulièrement important dans le contexte des changements climatiques, où la prévision des futurs schémas météorologiques devient de plus en plus difficile. En abordant ces aspects, l’étude améliore la compréhension des dynamiques de fonte des neiges et fournit des solutions pratiques pour améliorer la résilience des infrastructures minières dans un contexte des changements climatiques.

ABSTRACT

Water management is among the mains challenges facing the mining industry, particularly in the spring when the snow melts. A significant amount of the annual water inventory can be stored as snow on the surface of tailings storage facilities. As a result, a significant part of the water balance is released over a relatively short period, known as spring freshet. The duration and intensity of spring freshet can vary from year to year, but typically represent significant water management challenges for tailings storage facilities. The large quantity of water to be managed means that water management and treatment infrastructures, as well as tailings storage facilities, are highly sollicitated during this period. In a context of climate change, where variability and extremes of most water balance variables are on the rise, springrunoff represent a growing risk to the stability of water management and tailings storage facilities. This study explores the use of snow management piles as a solution for controlling snowmelt intensity and rates during spring freshet. Snow management piles are designed to control meltwater release rates and thus reduce peak meltwater flows and prolong runoff. By managing the timing and volume of water to be managed on tailings storage facilities, snow management piles can help maintain the integrity of mine waste management infrastructures and mitigate associated geotechnical and environmental risks.

The primary objective of this research was to evaluate the effectiveness of snow management piles in controling spring runoff on tailings storage facilities. Specifically, the study aims to assess how snow management piles can control snowmelt rates, reduce peak meltwater flows, and extend spring runoff. To achieve this, six pilot-scale snow management piles were constructed at mine sites over a two-year period. The ability of conventional civil equipment as well as specialized equipment to construct snow management piles was also investigated. The snow management piles wer designed with cubic, conical, and ridge-shaped configurations. Snow melt was monitored for changes in volume, height, and footprint using LiDAR and Structure-from-Motion (SfM) photogrammetry techniques. Snow density measurements were also obtained through core sampling at different intervals.

The results indicated that snow management piles effectively increased the duration of snowmelt, prolonging the process by approximately four to six weeks. The volume and height of snow management piles emerged as critical factors influencing their ability to regulate snowmelt. Simplified phase change numerical modeling was done to represent field observations. The results showed that the prediction of the snowmelt process had an average error of 6.75% with respect to in situ results, while the error for predicting the entire length of the snow melting period was less than 4%. Based on these modeling results, snowmelt prediction charts were developed, considering the dimensions, shape, and cost of snow pile construction. Equations were developed to predict the melting behaviour of snow management piles configurations based on air temperature. To do so, the snowmelt of 35 piles configurations was modeled. It was found that cone-shaped snow management piles are highly sensitive to temperature changes, while ridge-shaped snow management piles are less sensitive and exhibit consistent performance across different temperature settings. This study concludes that snow management piles can help mitigate environmental and geotechnical risks associated with rapid snowmelts. This is particularly important in the context of climate change, where predicting future weather patterns is becoming increasingly challenging. By addressing these aspects, the study enhances the understanding of snow melting dynamics and provides practical solutions for improving the resilience of mine storage structures in the context of climate change.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Boulanger-Martel, Vincent
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Côté, Jean
Informations complémentaires:	Institution en extension : Polytechnique Montréal.
Mots-clés libres:	Mine water, Tailings storage facilities, Tailings dams safety, Snow management, Spring runoff, 3D numerical modeling of snowmelt
Divisions:	Mines et eaux souterraines > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt:	28 mai 2025 14:21
Dernière modification:	28 mai 2025 14:34
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1687

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