Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Closure of Lilla Bredsjön Tailings Dam: an Evaluation of the Long-Term Dam Safety Measures
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Hydraulic Engineering.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The mining industry contributes to enormous amounts of waste all over the world, which places high demands on tailings dams. In Sweden, there are strict regulations regarding the management and treatment of tailings dams, but some dams that were built before these regulations existed still pose a threat to the environment. Lilla Bredsjön in Dalarna, Sweden, is an example of an old tailings dam that has not been treated properly. Boliden, which is the owner of the dam, and the county board of Dalarna are currently in meetings regarding the responsibilities of old polluted sites in Garpenberg, where Lilla Bredsjön is included. This study aims to investigate possible remediation measures of the dams at Lilla Bredsjön in order to achieve long- term stability upon closure of the facility.

Lilla Bredsjön is 350 000 m2 large and contains three impoundments; dam 1 to the east, dam 2 to the south and dam 3 to the north. Dam 1 is seven meters at its highest point whereas dam 2 and 3 both are three meters high. All of the dams are classified to a consequence level of 3, meaning that the consequences in case of a failure would be negligible. They are built using the centerline method with impermeable cores of moraine. The tailings are partly covered with sludge mixed with biomass ash, but no proper closure method have been implemented.

A geotechnical investigation was conducted to obtain more information about the geometry, construction and foundation of each dam. It could be observed that dam 1 consisted of a moraine core and support fill, both constructed using the Christmas tree principle. Dam 2 consisted of a coarse and fine filter in the upstream part of the dam, whereas the rest of the dam consisted of a moraine core. Dam 3 consisted of tailings and a moraine core, and was like dam 1 also constructed using the Christmas tree principle. The downstream slopes of all dams are moreover very steep with slope angles of approximately 34o. Seepage and stability calculations were therefore performed in the software GeoStudio.

In GeoStudio, two different analysis tools were used; SEEP/W to calculate seepage and SLOPE/W to calculate slope stability. Four hydraulic load cases were analyzed in the calculations: present conditions, flooded conditions, potential maximum seepage and present conditions with lower permeability of the tailings. The result shows that all of the dams are unstable in their present con- ditions, both with original and lower permeability of the tailings, as well as at flooded conditions. The required safety factor is however fulfilled at potential maximum seepage.

The stability highly depends on the pore pressure inside the dams, which in turn depends on the choice of closure method. Based on the result from the stability calculations it can be concluded that if a dry cover is chosen as the closure method, it will probably be enough to reinforce the existing dams to achieve long-term stability. If, on the other hand, a raised groundwater level is chosen, more extensive solutions in terms of for example completely new impoundments directly downstream of the existing ones are most likely needed. Before a decision regarding the closure method is taken, it is hence very difficult to come to a conclusion regarding suitable remediation measures of the dams.

Abstract [sv]

Gruvindustrin bidrar med enorma mängder avfall över hela världen, vilket ställer höga krav på gruvdammar. I Sverige finns det strikta förordningar gällande hanteringen och efterbehandlingen av gruvdammar, men en del dammar som byggdes innan dessa förordningar existerade utgör fortfarande ett hot mot miljön. Lilla Bredsjön i Dalarna är ett exempel på en gammal gruvdamm som inte blivit efterbehandlad tillräckligt. Boliden, som äger dammen, har möten med Länsstyelssen Dalarna angående ansvarsförhållanden gällande gamla förorenade områden i Garpenberg där även Lilla Bredsjön ingår. Denna studie syftar till att undersöka möjliga efterbehandlingsmetoder av dammarna vid Lilla Bredsjön för att uppnå långtidsstabilitet i samband med nedläggning av anläggningen.

Lilla Bredsjön är 350 000 m2 stor och består av tre uppdämningar; damm 1 i öst, damm 2 i söder och damm 3 i norr. Damm 1 är sju meter som högst medan damm 2 och 3 båda är tre meter höga. Samtliga dammar är klassificerade till konsekvensklass 3, vilket betyder att konsekvenserna i händelse av ett dammbrott är försumbara. Dammarna är byggda med uppåtmetoden och har tätkärnor av morän. Magasinet är delvis täckt med slam utblandat med biobränsleaska, men ingen riktig efterbehandling har utförts.

En geoteknisk undersökning genomfördes för att erhålla mer information om geometrin, konstruktionen och grundläggningen av varje damm. Det observerades att damm 1 består av en tätkärna av morän samt stödfyllning som båda konstruerades med julgransprincipen. Damm 2 består av ett grov- och finfilter i uppströmsdelen av dammen medan resten av dammen består av en tätkärna av morän. Damm 3 består av anrikningssand och en tätkärna av morän, och var liksom damm 1 konstruerad med julgransprincipen. Nedströmsslänterna på alla dammar är väldigt branta med en vinkel på ungefär 34o. Genomströmnings- och stabilitetsberäkningar genomfördes därför i programmet GeoStudio.

I GeoStudio användes två olika verktyg; SEEP/W för att beräkna genomströmning och SLOPE/W för att beräkna släntstabilitet. Fyra olika hydrauliska belastningsfall analyserades i beräkningarna: normalfallet, överdämning, dimensionerat läckage och normalfallet med lägre permeabilitet på anrikningssanden. Resultatet visar på att samtliga dammar är instabila i deras nuvarande skick, beräknat på normalfallet med både ursprunglig och lägre permeabilitet på anrikningssanden, samt vid överdämning. Den erforderliga säkerhetsfaktorn är däremot uppfylld vid dimensionerat läckage.

Stabiliteten är starkt beroende av portrycket inuti dammarna, vilket i sin tur är beroende av vilken efterbehandlingsmetod som väljs för magasinet. Baserat på resultatet från stabilitetsberäkningarna kan det konstateras att om torrtäckning väljs som efterbehandlingsmetod så räcker det förmodligen med att förstärka nuvarande dammar för att uppnå långtidsstabilitet. Om, å andra sidan, en förhöjd grundvattennivå väljs behövs med största sannolikhet en mer omfattande lösning, till exempel helt nya dammar direkt nedströms de nuvarande. Innan ett beslut gällande efterbehandlingsmetod av magasinet har tagits är det alltså väldigt svårt att dra en slutsats gällande den mest lämpliga efterbehandlingsmetoden av dammarna.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 100
Series
TRITA-HYD ; 04
Keywords [en]
tailings dams, seepage, pore pressure, slope stability, slip surfaces, long-term stability
National Category
Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-210320OAI: oai:DiVA.org:kth-210320DiVA, id: diva2:1118286
External cooperation
Sweco; Boliden
Subject / course
Hydraulic Engineering
Educational program
Master of Science in Engineering - Energy and Environment
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-30 Created: 2017-06-30 Last updated: 2017-06-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(50051 kB)83 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 50051 kBChecksum SHA-512
78f9b0b9bfef7644cfe593eb88a7d141e0f46d16a35cc1053096cb01b2ef27d357ed6dce0ffb2404ca2fe40892f117074aee9e25d4a2ee88812f9213c33b4712
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Bramsäter, Jenny
By organisation
Hydraulic Engineering
Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 83 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 337 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf