Analyse du comportement géomécanique des remblais miniers dans des excavations souterraines inclinées

Les rejets miniers sont couramment utilisés comme matériau de remblayage dans les chantiers souterrains. Le remblayage des chantiers vise l'amélioration de la stabilité du massif rocheux, le contrôle de la dilution du minerai et une réduction du volume de rejets (roches stériles ou résidus miniers) entreposée en surface. Comme le premier rôle du remblai est le maintien d'un espace de travail sécuritaire, il faut par conséquent évaluer l'état des contraintes dans le remblai et celles exercées par le remblai sur les murs du chantier et les structures de support (telles les barricades). En général, les remblais miniers sont beaucoup moins rigides que le massif rocheux encaissant. Des contraintes de cisaillement se développent aux interfaces entre le remblai et le massif sous l'effet du tassement du matériau de remplissage. Ce transfert d'une partie du poids du remblai aux murs rocheux, appelé effet d'arche, dépend de nombreux facteurs, incluant la géométrie du chantier et les propriétés du remblai. Au cours des dernières années, beaucoup de travaux ont été menés afin d'évaluer les contraintes dans les chantiers aux murs verticaux. La distribution des contraintes dans les chantiers verticaux a été analysée en fonction des paramètres de résistance au cisaillement du remblai, des pressions interstitielles de l'eau et des conditions de remplissage. La majorité des chantiers remblayés sont toutefois inclinés et cela a une influence sur l'état des contraintes. Jusqu'à présent, relativement peu d'analyses tiennent compte de l'effet d'inclinaison des murs du chantier; cet aspect influence grandement l'ampleur des contraintes dans le chantier, comme le montrent les résultats présentés dans cette thèse. L'objectif principal de ce projet de doctorat est de développer une approche pour analyser le comportement géomécanique des remblais en interaction avec les parois rocheuses dans des chantiers aux murs inclinés. Les analyses sont basées sur des modélisations numériques effectuées à l'aide des codes de différence finies FLAC et FLAC3D. Les résultats numériques ainsi obtenus sont utilisés pour évaluer l'influence des paramètres de résistance mécanique (incluant l'angle de frottement interne) du remblai et la géométrie des chantiers (hauteur, largeur et inclinaison). Ces résultats montrent que l'effet d'arche dans les chantiers inclinés est généralement moins développé que dans les chantiers verticaux. Ces simulations illustrent également comment ces divers facteurs influencent la distribution des contraintes dans les chantiers inclinés

Abstract

Mining waste materials are commonly used as backfill in underground mines. Backfilling is used to improve ground stability of the surrounding rock mass and to reduce solid waste disposal on the surface (waste rock or tailings). To improve stope stability and the safety of workers, it is necessary to assess the stress state in stopes and on support structures (such as barricades). In general, the backfill is much less stiff than the surrounding rock mass. After it is deposited in an underground stope, settlement of the fill generates shear stresses along the rough walls of the opening. The transfer of part of the weight of the backfill to the rock mass is associated to the arching effect. The magnitude of this redistribution depends on many factors, including the stope geometry and fill properties. In recent years, fairly extensive work has been conducted to evaluate the stress state in vertical backfilled stopes. The stress distribution in the vertical stope has been assessed by considering the shear resistance parameters of the fill, pore water pressure and filling conditions. In reality however, most mine stopes have inclined walls. To date, few analyses have taken into account the effect of inclination of the opening walls, although this aspect greatly influences the magnitude of the stress in the stope, as shown by the results presented in this thesis. The main objective of this project is to develop an approach for analyzing the geo-mechanical behavior of backfill in stopes with inclined walls. The analyses are based on numerical simulations performed using the finite difference codes FLAC and FLAC3D. The numerical results obtained are used to evaluate the influence of backfill properties (including the internal friction angle) and stope geometry (height, width and inclination). These results illustrate the effect of arching, which is related to the stress transfer between the fill and rock mass. The results indicate that this effect is typically less well developed in inclined stopes and that the stresses can differ significantly between the hanging wall and footwall. The simulations also show how the various factors influence the stress distribution in the inclined opening.