Waste rock disposal and segregation: Validation and upscaling of discrete element simulations

ABSTRACT: Large volumes of waste rock are usually produced during mining operations and are often disposed of in large piles on the surface. Particle segregation caused by particle size distribution (from fine particles to meter wide blocks) and deposition methods (e.g. end dumping), usually lead to complex heterogenous internal structures, increasing the risk for instabilities. Disposal optimization could improve the geotechnical stability of piles but are difficult to test at field scale. The Particle Flow Code (PFC; Itasca) was used in this study to investigate the behavior of waste rock during disposal. Repose angle tests and segregation tests were conducted in the laboratory to calibrate and validate numerical simulations. The effect of maximum particle size was investigated. Results show that friction coefficient and rolling resistance coefficient can significantly affect the macro-properties of waste rock and are strongly related to the particle size. Relationships between numerical parameters (e.g. friction coefficient and rolling resistance coefficient) and rockfill particle size were proposed and extrapolated for field applications.

RÉSUMÉ: De grandes quantités de stériles sont généralement produites lors des opérations minières et déposées en surface dans des haldes. La distribution de la taille des particules (allant des particules fines aux blocs métriques) et les méthodes de déposition (notamment le déversement à la benne en crête), entrainent une ségrégation importante des particules et la formation de structures internes hétérogènes complexes, augmentant le risque d'instabilités. L'optimisation de la déposition pourrait contribuer à améliorer la stabilité géotechnique des haldes mais l’évaluation de ces nouvelles approches est difficile à tester à l'échelle du terrain. Le code d'écoulement de particules (PFC ; Itasca) a été utilisé dans cette étude afin d’étudier le comportement des stériles lors de leur déposition. Des essais ont été réalisés au laboratoire afin de mesurer l'angle de repos et de quantifier la ségrégation. Les résultats de ces essais ont ensuite été utilisés pour calibrer et valider des simulations numériques. L'effet de la taille maximale des particules a en particulier été étudié. Les résultats montrent que le coefficient de frottement et le coefficient de résistance au roulement peuvent affecter de manière significative les macro-propriétés des stériles et sont fortement liés à la taille des particules. Des relations entre les paramètres numériques et la taille des particules des roches stériles ont été proposées et extrapolées à l'échelle de terrain.