Étude du transfert de chaleur dans les remblais en pâte cimentés curant sous les conditions aux frontières des chantiers miniers dans le pergélisol

The strength development in the cemented paste backfill (CPB) placed in underground stopes is influenced among other factors by the curing temperature. In the particular case of the backfilling of stopes located in the permafrost, the knowledge of the field range of temperature in the CPB and its evolution following the heat exchanges with the rock mass is important to optimize laboratory mixing recipes. Validated numerical codes are good tools to predict the in situ thermal behavior of CPB. In the case of the backfill in permafrost, there is almost no experimental data to validate this type of codes and the effect of water salinity (inevitable in these conditions) has been barely studied. The objective of this study was to develop new tools to predict the thermal curing conditions of the CPB at a scale of an underground stope in permafrost. For this it was necessary to: a) study the influence of temperature and salinity on the development of thermal properties over the CPB cure time; b) perform 1D and 3D heat transfer tests in the CPB in order to obtain experimental data required for calibration and validation of numerical models developed with the module "Heat Transfer" code COMSOL Multiphysics® and finally; c) study heat transfer in the CPB curing in the boundary conditions of the mine stopes in permafrost using the validated numerical models.

Résumé

Le développement de la résistance mécanique du remblai en pâte cimenté (RPC) mis en place dans les chantiers souterrains est influencé entre autres facteurs par la température de cure. Dans le cas particulier du remblayage des chantiers miniers situés dans le pergélisol, la connaissance de du champ de température dans le RPC et son évolution suite aux échanges de chaleur avec l'encaissant est importante pour l'optimisation de recettes de mélange au laboratoire. Des codes numériques validés constituent de bons outils pour prédire le comportement thermique du RPC in situ. Dans le cas du remblayage de chantiers miniers dans le pergélisol, il n'existe presque pas de données expérimentales pour valider ce type de codes et l'effet de la salinité des eaux (inévitable dans ces conditions) a été peu étudié. L'objectif de cette étude était de développer de nouveaux outils pour prédire les conditions thermiques de cure du RPC à l'échelle d'un chantier souterrain dans le pergélisol. Pour cela, il fallait: a) étudier l'influence de la température et de la salinité sur l'évolution des propriétés thermiques en fonction du temps de cure du RPC; b) réaliser des essais de transfert de chaleur 1D et 3D dans le RPC afin d'obtenir des données expérimentales requises pour le calage et la validation des modèles numériques développés avec le module « Heat Transfer » du code COMSOL Multiphysics® et enfin; c) utiliser le modèle numérique validé pour étudier le transfert de chaleur dans le RPC curant sous les conditions aux frontières des chantiers miniers dans le pergélisol