Investigation of the Geomechanical Behavior of Mine Backfill and its Interaction with Rock Walls and Barricades

Solid wastes produced by mines include tailings and waste rock. These wastes are usually stored on the surface, which may raise various environmental and geotechnical risks. Another option is to backfill underground mine stopes with waste rock or tailings. This practice can reduce the surface disposal, and also improve ground stability and ore recovery in mining operations. Backfill is widely applied in different underground mining methods for various purposes. The associated major concerns are the stability of the support structure (barricades) at very early time and that of the exposed cemented fill at longer time. In recent years, the stress state in backfilled stopes has been extensively investigated. However, there are uncertainties regarding the major concerns including limited solutions for stress evolution in stopes and for design of barricades and exposed backfill, as well as the actual value of earth pressure coefficient K (= ζ'h/ζ'v) in confined fills. The main objective of this project is to evaluate the stress state within confined backfill and its interactions with barricades at very early time (shortly after the filling) and remaining three sidewalls upon exposure at longer time (typically a few weeks after the filling). New analytical solutions for evaluating the transient seepage are proposed for stopes filled with hydraulic fill. These solutions are verified using simulations conducted with the finite element code SEEP/W. These analyses indicate that ponding, generated on the top of the settled hydraulic fill, can induce higher pore water pressures and jeopardize the barricade safety.

Résumé

Les rejets solides produits par les mines comprennent les rejets de concentrateur (résidus miniers) et les roches stériles. Ces rejets sont usuellement entreposés en surface, ce qui peut engendrer divers risques environnementaux et géotechniques. Une autre option consiste à remblayer les chantiers miniers avec des stériles ou des résidus miniers. Cette pratique permet de réduire les quantités de rejets entreposés en surface, et aussi d'améliorer la stabilité du terrain, de diminuer la dilution et d'augmenter la récupération de minerai. Le remblayage est utilisé avec diverses méthodes d'exploitation souterraine, pour différentes fonctions. Les préoccupations majeures associées à cette pratique sont la stabilité des structures de support (barricades) peu après le versement du remblai dans le chantier et la stabilité du remblai cimenté exposé après un certain temps après le remblayage. L'état des contraintes dans les chantiers remblayés a été largement étudié au cours des dernières années. Cependant, plusieurs incertitudes existent encore en lien avec des préoccupations majeures, notamment sur le peu de solutions disponibles afin d'évaluer l'évolution des contraintes dans les chantiers, pour concevoir les barricades et le remblai cimenté exposé, ainsi que sur pour estimer la valeur du coefficient de pression des terres K (= ζ'h/ζ'v). L'objectif principal de ce projet est d'évaluer l'état des contraintes dans le remblai confiné et ses interactions avec les barricades peu après sa mise en place et avec les trois parois latérales pour le remblai exposé à plus long terme. De nouvelles solutions analytiques sont proposées pour évaluer l'évolution du niveau d'eau dans un chantier remblayé d'un remblai hydraulique. Ces solutions sont vérifiées à l'aide de simulations numériques réalisées avec le logiciel d'éléments finis SEEP/W. Ces analyses indiquent que l'eau accumulée sur le remblai hydraulique peut induire des pressions interstitielles plus élevées et ainsi compromettre la sécurité des barricades