Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Niobec exploite une mine souterraine de niobium à Saint-Honoré dans la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean. L’exploitation du gisement démarré dans les années 70 doit maintenant se faire plus en profondeur. Aussi, comme le massif rocheux de la mine est d’une bonne qualité, la mine veut évaluer la possibilité de défruiter une partie des piliers lorsque l’on remplit les chantiers avec du remblai en pâte pour aider à la stabilité des ouvrages. L’objectif de ce projet est d’évaluer la stabilité des chantiers primaires dans les niveaux plus profonds de la mine et de vérifier la stabilité des chantiers de la mine selon les nouvelles dimensions proposées et en présence de remblai dans les ouvrages. Cette étude s’est faite à l’aide de modélisation numérique 3D réalisée avec le logiciel FLAC3D. Dans une première étape, les paramètres géomécaniques du massif rocheux doivent être déterminés à partir des résultats des essais en laboratoire et de la classification géomécanique du massif rocheux. À partir des résultats des essais de laboratoire déjà réalisés sur des échantillons de roche provenant de la mine Niobec, les paramètres de la roche intacte, comme la résistance en compression uniaxiale et en tension, le module de Young et le coefficient de Poison, ont été déterminés selon chaque lithologie et selon la profondeur à laquelle les échantillons ont été prélevés. La variabilité des résultats selon le type de roche et la localisation n’est pas assez significative pour les traiter différemment. Une valeur moyenne de tous les résultats des essais valides a été considérée pour ces paramètres. Également, des essais au laboratoire ont été réalisés pour déterminer les paramètres mécaniques du remblai en pâte, comme la résistance en compression et les paramètres des critères de ruptures; deux gammes de résultats selon l’aspect du remblai ont été observées. En ce qui concerne les données des discontinuités présentes dans le massif rocheux, une famille de discontinuités sub-horizontales importante est présente à tous les niveaux étudiés pour la modélisation numérique, alors qu’une famille sub-verticale beaucoup moins importante orientée est-ouest est aussi présente sur ces niveaux. Une famille sub-verticale orientée nord-sud est observée dans les chantiers et galeries du bloc 4 (niveaux 1600 et 1850) et une forte concentration de discontinuité sub-verticales orientées NE-SO est observée sur tous les niveaux, mais la faible quantité de données structurales pour le niveau 2400 ne confirme actuellement pas la présence d’une famille distincte. La plupart des discontinuités ont été regroupées dans des familles selon leur orientation, mais près de la moitié d’entre elles sont considérées d’orientation aléatoire. Les paramètres géomécaniques du massif rocheux sont déterminés à l’aide des essais effectués sur les échantillons de roche intacte et en considérant la qualité structurale pour le massif rocheux. Le critère de rupture de Hoek et Brown est le plus approprié pour le massif rocheux, alors que c’est le critère de Mohr-Coulomb qui semble le mieux adapté au remblai en pâte. D’autres données d’entrée importantes pour la modélisation numérique sont les contraintes in situ. Pour cela, une analyse détaillée a été menée des résultats des essais déjà réalisés pour estimer ces contraintes. Trois différents scénarios pour l’estimation des contraintes en profondeur ont été analysés selon les données des campagnes de mesures de contraintes in situ ayant été fait dans le passé par Niobec. Les contraintes qui ont été utilisées lors de la modélisation sont celles qui ont été obtenues à partir du scénario 3. Ce scénario, fait à partir des courbes de régression selon les données de chaque niveau, donne des résultats qui se rapprochent le plus de la réalité selon les connaissances du massif rocheux. Afin d’évaluer la stabilité des chantiers de la mine, la modélisation numérique a été réalisée pour une partie de la mine où plusieurs chantiers seront exploités dans les blocs 4 à 6. Les résultats indiquent qu’avec les dimensions actuelles, les chantiers primaires du bloc 4 pourront être exploités sans problèmes, mais qu’il risque d’y avoir des instabilités dues à la tension dans les piliers entre les chantiers primaires des blocs 5 et 6. De plus, l’excavation des chantiers secondaires risque de ne pas être sécuritaire avec les dimensions qui sont actuellement proposés par Niobec. Des ruptures en tension risquent d’être problématiques dans certains piliers qui soutiennent les chantiers secondaires. Aussi, on peut dire que les piliers horizontaux laissés en place entre les chantiers des blocs 4 et 5 qui est de 36 mètres est d’une dimension correcte. L’épaisseur du pilier entre les blocs 4 et 5 est la même que celle entre les blocs 3 et 4 et entre les blocs 2 et 3.