Numerical simulations of the hydrogeological behavior of an experimental waste rock pile with a flow control layer: calibration using an automated approach

ABSTRACT: Mining operations produce large volumes of waste rock to access economically valuable mineralized zones. Waste rock is usually stored in surface piles, which construction and reclamation often represent a challenge for the industry. A flow control layer (FCL), made of crushed waste rock or sand, could contribute to control infiltration of water, thus improving waste rock pile stability and limiting contamination. An experimental waste rock pile was built and instrumented at the Tio mine (Rio Tinto Fer et Titane) to evaluate the performance of an FCL in field conditions. Large infiltration tests and rainfall monitoring were carried out, and measured outflow and water contents were used to calibrate numerical simulations. However, data were noisy and sometimes incomplete, and the models were difficult to calibrate. A new approach based on parameters describing the hydrogeological response to water infiltration was therefore proposed. An algorithm was developed to automate the data processing for inverse problems in groundwater flow. To do so, a black-box optimization approach minimizes the error between simulated and measured data. The proposed method reduces the bias induced by a manual calibration and allows for a multi-variable calibration.

RÉSUMÉ: L'exploitation minière génère d’importants volumes de roches stériles généralement entreposées dans des haldes, dont la construction et la restauration représentent un défi pour l’industrie. Une couche de contrôle des écoulements constituée de roches stériles concassées ou de sable pourrait permettre de contrôler l'infiltration d'eau, améliorant ainsi la stabilité des haldes et limitant les risques de contamination. Une halde expérimentale a été construite et instrumentée à la mine Tio (Rio Tinto Fer et Titane). Des essais d'infiltration à grande échelle et un suivi des précipitations ont été réalisés afin d’évaluer la performance de la méthode in situ. Les débits et les teneurs en eau mesurés ont été utilisés pour calibrer des simulations numériques. Cependant, les données étaient bruitées, parfois incomplètes, et les modèles étaient par conséquent difficiles à calibrer. Une nouvelle approche basée sur des paramètres décrivant la réponse hydrogéologique de l'infiltration d'eau a donc été proposée. Un algorithme a été développé afin d’automatiser le processus de calibration, en utilisant une méthode d'optimisation par boîte noire afin de minimiser l'erreur entre les données simulées et mesurées. La méthode proposée contribue à réduire le biais induit par un ajustement manuel et permet une calibration multivariable.