An Integrated Slope Management Framework for Potash Tailings Piles - A Case Study

Jason Stianson, Greg Misfeldt, Chris Fortier, Del Fredlund, Tyler Knock, Kim Michaud

In the proceedings of: GeoRegina 2014: 67th Canadian Geotechnical Conference

Session: Mining Geotechnics

ABSTRACT: The production of potash results in the generation of by-products including salt tailings, insoluble materials (silt and clay) and salt saturated brine. Salt tailings are deposited in designated areas forming a ‚salt pile'. Some of the salt piles are planned to reach heights of over 80 m. Documented slope instabilities have occurred on salt piles less than 40 m high. The instabilities are related to salt deposition on the pile (loading) and brine infiltration into the pile. The salt deposition process can induce excess pore-water pressures in the foundation soils and increase the phreatic surface within the pile (brine mounding). Induced pore-water pressures can be followed by a period of pore-water pressure dissipation and a recovery in the factor of safety of the salt pile after salt deposition ceases. A salt pile instability that occurred in 2008 provided valuable information regarding the development of the brine mound and generation of excess pore-water pressure in the foundation soils. The information was used to develop a salt pile management system to meet yearly deposition targets and achieve planned pile heights. This paper demonstrates the application of numerical procedures related to: 1) stress-deformation analysis, 2) saturated/unsaturated seepage analysis, and 3) limit equilibrium slope stability analyses which are used as an integral part of the salt pile management system. The procedure models full cycles of salt deposition and recovery which are integrated with pile operation and salt deposition planning. As a result, the time scale is incorporated into the assessment of overall stability of the tailings pile. RÉSUMÉ La production de la potasse résulte dans les sous-produits de résidus de sels, de limon et d'argile insoluble et une solution saturée de sel (saumure). Les résidus de sel sont déposés dans les zones désignées formant un ‚tas de sel'. Certains des tas de sel sont prévus pour atteindre des hauteurs de plus de 80 m. Les instabilités de pente ont été documentées pour des tas de sel à moins de 40 m de haut. Les instabilités sont liées au dépôt de sel sur le tas (chargement) et l'infiltration de la saumure dans le tas. Le processus de dépôt de sel peut provoquer des pressions d'eau interstitielle en excès dans les sols de fondation et augmenter la surface phréatique dans le tas (saumure buttage). Les pressions d'eau interstitielle induites sont suivies d'une période de dissipation de la pression d'eau interstitielle et une reprise du coefficient de sécurité du tas de sel. L'instabilité de pente qui a eu lieu en 2008 a fourni d'information utile sur le développement de la butte de la saumure et la génération des pressions d'eau interstitielle en excès dans les sols de fondation. L'information a été utilisée pour développer un système de gestion de tas de sel pour atteindre les objectifs annuels de dépôt et les hauteurs de tas prévus. Ce document démontre l'application des méthodes numériques relatives à: 1) l'analyse des contraintes et des déformations, 2) l'analyse d'infiltration pour les sols saturé / non saturé et 3) l'analyse d'équilibre limite de la stabilité des pente pour le système de gestion de tas de sel. La procédure modèle les cycles complets de dépôt et de récupération de sel qui sont intégrés avec le fonctionnement du tas et la planification de dépôt de sel. En conséquence, l'échelle de temps est incorporée dans l'évaluation de la stabilité générale du tas de résidus. 1 INTRODUCTION The Agrium Inc.-Vanscoy Potash Operations (Agrium VPO) mine site is located approximately 30 kilometres (km) west of Saskatoon, Saskatchewan. Agrium VPO began operations as a potash mine in 1969. The production of potash at Agrium VPO results in the generation of by-products which comprise salt tailings, insoluble silt and clay particles (fine tailings), and a salt saturated brine. The brine, salt, and fine tailings are managed within the Agrium VPO tailings management area (TMA). The salt tailings are pumped from the mill and deposited by end-of-pipe discharge, forming a salt pile. Brine flows off the pile and is stored in ponds to be recycled back to the process or injected back under ground into deep saline aquifers. 2 HISTORICAL SALT PILE INSTABILITY An instability occurred through the salt pile on June 18, 2008 after depositing approximately 2 m of salt tailings over a period of approximately fifty days. The pile was approximately 22 m high with a constructed slope of 30 degrees. The slide head scarp was approximately 250 m long, extending almost the entire length of the northeast side of the pile. The resulting tension crack, observed along the top of the salt pile, was up to 8 m wide (Figure 1).

RÉSUMÉ: tegrated Slope Management Framework for

Access this article:
Canadian Geotechnical Society members can access to this article, along with all other Canadian Geotechnical Conference proceedings, in the Member Area. Conference proceedings are also available in many libraries.

Cite this article:
Jason Stianson; Greg Misfeldt; Chris Fortier; Del Fredlund; Tyler Knock; Kim Michaud (2014) An Integrated Slope Management Framework for Potash Tailings Piles - A Case Study in GEO2014. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

@article{GeoRegina14Paper401,author = Jason Stianson; Greg Misfeldt; Chris Fortier; Del Fredlund; Tyler Knock; Kim Michaud,title = An Integrated Slope Management Framework for Potash Tailings Piles - A Case Study,year = 2014}