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REVIEW OF IN-PIT DISPOSAL PRACTICES FOR THE PREVENTION OF ACID DRAINAGE - CASE STUDIES MEND Report 2.36.1 This work was done on behalf of MEND and sponsored by Hudson Bay Mining and Smelting Company Limited as well as the Ontario Ministry of Northern Development and Mines and Canada Centre for Mineral and Energy Technology (CANMET) through the CANADA/Northern Ontario Development Agreement (NODA) September 1995 Executive Summary EXECUTIVE SUMMARY Open pit mines that have ceased production are increasingly being considered for the permanent and environmentally acceptable disposal of mine waste rock and tailings that are, or have the demonstrated potential to become, sources of acidic drainage. This report addresses key aspects that need to be taken into consideration when evaluating the in-pit disposal of wastes and presents 12 case studies of actual and planned in-pit disposal of mine wastes. There are four basic concepts for the placement of wastes in pits: Option 1 - Underwater disposal Option 3 - Dry disposal Option 2 - Elevated water tables Option 4 - Perched water tables The four options are described in terms of the theoretical concepts and practical aspects; selected examples of research and field applications are provided from the published literature. Not all pits are suitable for the in-pit disposal of wastes. The success of an application would depend on many technical factors, including: ! the acid generation potential of the wastes and pit walls; ! the geotechnical characteristics and properties of the wastes and the pit walls; ! predicted pore water, pit water, and groundwater quality; ! hydrogeology of the open pit; and ! the hydrology of the open pit. Mine related constraints must also be taken into consideration. These include: limiting access to remaining mineralization below the pit; wall stability and related safety concerns; available access; and the proximity of underground workings to the open pit. Consideration must be given to both the short term and long term implications of the in-pit disposal concept; these include ecological and human health protection and S-1 Executive Summary closure planning perspectives. Each site is unique and may have special constraints with respect to the quality and use of surface water and groundwater, land use, and sensitive ecological communities. The potential costs for future in-pit disposal of wastes should be considered in the preliminary economic evaluations that are used to establish final pit limits. Greater than expected waste disposal costs could have an unfavourable impact on the future profitability of some open pit mines. Volume 2 of this report presents twelve case studies: seven case studies describe in-pit disposal programs that have been implemented; two case studies describe proposed in- pit disposal programs; and three case studies provide technical information from other pits which will likely be of interest to persons evaluating in-pit disposal programs. The following case studies describe pits that have been used for in-pit disposal of mine wastes: The Owl Creek pit - To prevent discharge of acidic drainage from waste rock piles, the waste rock was relocated to the pit and flooded. The Rabbit Lake pit - This pit is likely the first application of an engineered pit disposal concept, which involved the use of a bottom rock drain, an engineered pervious envelope, placement of tailings as a dry filter cake, and closure with a surface lake and a soil/sand diffusion barrier. The Collins Bay B-Zone pit - Following extensive decommissioning studies, the special waste (which contains elevated arsenic, nickel, sulphur, or uranium content) was placed in the bottom of the pit and the pit was flooded, creating a pit lake. The Solbec pit - A crown pillar pit was filled with reactive waste as a means of inhibiting further acidic drainage. The Udden pit - The pit was backfilled with reactive waste rock and allowed to flood. S-2 Executive Summary The Stratabound CNE pit - The in-pit disposal of reactive waste rock was planned at the design stage, and the waste rock has been relocated to the pit and clay capped. The Cluff Lake "D" Zone pit: The pit flooded after the end of mining operations, and an extensive monitoring program has been carried out to evaluate the physical and chemical changes occurring in the pit lake water column. In-pit disposal programs have been proposed at the following case study sites: The Island Copper pit - As part of planned closure, it is proposed that the pit be flooded to create a meromictic lake. The Deilmann pit - Insufficient capacity exists within an existing surface tailings management facility to accommodate future tailings production therefore tailings disposal options are being reviewed; one option involves the conversion of the Deilmann pit to a full side drain and under-drain tailings management facility. Additional case studies which may provide useful information to persons evaluating in-pit disposal programs are: Robinson Mining District - Extensive numerical modelling was carried out to evaluate the hydrogeochemistry and to support the prediction of environmental impacts from several pit lakes. The Gunnar pit - This pit lake is interesting because of unique and well- documented limnological characteristics. The Berkeley pit - This mine site is part of a U.S. Superfund site and is a well- known example of a serious acidic drainage problem in a flooding open pit. S-3 SOMMAIRE On envisage de plus en plus d'utiliser les fosses des mines à ciel ouvert désaffectées pour l'élimination permanente et acceptable au point de vue environnemental des résidus et des stériles qui produisent ou sont reconnus comme pouvant produire des eaux de drainage acides. Le rapport qui suit porte sur les principaux éléments dont il faut tenir compte lorsqu'on étudie une telle possibilité et présente 12 études de cas de mines où un tel entreposage est prévu ou déjà en cours. Il existe quatre possibilités de base pour l'entreposage des déchets dans les fosses : 1re solution - entreposage sous l'eau 2e solution - nappe d'eau surélevée 3e solution - dépôt de matériaux secs 4e solution - nappe d'eau perchée. Pour chaque solution, les aspects théoriques et pratiques sont décrits; des exemples de travaux de recherche et d'applications concrètes tirés de publications sont fournis. Les fosses de mine ne se prêtent pas toutes à l'entreposage des déchets miniers, c'est pourquoi il faut examiner certains facteurs techniques : ! le potentiel de production d'acide dans les déchets et sur les parois de la mine; ! les caractéristiques géotechniques et les propriétés des déchets et des parois de la mine; ! les prévisions concernant la qualité de l'eau interstitielle, de l'eau de la mine et de l'eau souterraine; ! l'hydrogéologie de la mine à ciel ouvert ! l'hydrologie de la mine à ciel ouvert. 1 Il faut aussi prendre en compte les contraintes liées à la mine, notamment : la réduction de l'accès à la minéralisation qui se poursuit sous la mine, la stabilité des parois et les mesures de sécurité connexes, l'accès possible, et la proximité des travaux souterrains par rapport à la fosse. Il ne faut pas ignorer les répercussions à court et à long terme de l'entreposage des déchets dans les fosses, tant du point de vue de la protection de l'environnement et de la santé du public que de la planification de la fermeture du site. Chaque emplacement étant unique, les contraintes quant à la qualité et à l'utilisation de l'eau de surface et de l'eau souterraine, à l'utilisation du terrain et aux écosystèmes fragiles. Les coûts de l'entreposage éventuel des déchets dans les fosses devraient faire partie des évaluations économiques préliminaires à partir desquelles seront établies les limites définitives des mines. Un dépassement des prévisions pour l'entreposage des déchets pourrait nuire à la rentabilité future de certaines mines à ciel ouvert. Vous trouverez, dans la partie 2 du rapport, douze études de cas; sept décrivent des programmes d'entreposage des sites déjà utilisés, deux pour des projets de programmes d'entreposage proposés, et trois fournissent des renseignements techniques sur d'autres fosses, renseignements susceptibles d'intéresser les personnes chargées d'évaluer les programmes d'entreposage dans les fosses. Les fosses des mines suivantes servent à l'entreposage des déchets miniers : La mine Owl Creek - afin de prévenir la production d'eaux acides dans les haldes, les stériles ont été déplacés dans la fosse et couverts d'eau. La mine de Rabbit Lake - Cette mine est vraisemblablement la première à 2 utiliser un concept d'entreposage aménagé; on a utilisé un drain de pierres dans le fond et une enveloppe poreuse sur les parois, ensuite les résidus sont placés comme gâteau de filtration sec et on a couvert le tout d'un lac de surface et d'une barrière de diffusion sol-sable. La mine de Collins Bay - Zone B - Après des études poussées sur la fermeture de la mine, on a placé les déchets spéciaux (contenant de fortes concentrations d'arsenic, de nickel, de soufre ou d'uranium) au fond de la fosse, avant d'inonder cette dernière, créant ainsi un lac. La mine Solbec - Un pilier de couronne a été rempli de déchets réactifs afin de contrer le drainage acide. La mine Udden - La fosse a été remplie avec des stériles réactifs et on a permis son inondation. La mine CNE, de Stratabound - L'entreposage des stériles réactifs dans la fosse était prévu dès le moment de la conception; les stériles ont été redéposés dans la fosse et recouverts d'une couche argileuse. La mine de Cluff Lake - Zone D - Une fois les travaux d'exploitation terminés, la fosse s'est inondée et un programme de surveillance intensive a été entrepris dans le but de déterminer les changements physiques et chimiques survenant dans la colonne d'eau du lac de la fosse.