An investigation of the stress state in inclined backfilled stopes using flac-2D

L'évaluation de contraintes dans un chantier remblayé constitue une étape critique pour assurer la sécurité et la production des mines souterraines. Depuis plusieurs années, les auteurs ont développé des méthodes d'investigation analytiques et numériques pour estimer l'état de contraintes dans les chantiers remblayés. Les résultats ont démontré l'existence d'un effet d'arche dû au transfert des contraintes le long des parois des chantiers. Dans ce rapport, des résultats d'une investigation numérique seront présentés. L'emphase est placée sur l'influence de la géométrie, des propriétés du remblai et de la séquence de remblayage. Les résultats indiquent que l'effet d'arche se développe aussi dans des chantiers inclinés. Les facteurs d'influence les plus significatifs sur la distribution des contraintes sont les paramètres de résistance au cisaillement (cohésion c' et angle de frottement φ'), le coefficient de Poisson μ, et l'angle de dilatance ψ'. Certains de ces paramètres affectent non seulement la grandeur des contraintes, mais aussi la forme de la distribution, qui peut également être liée à la séquence de remblayage. Cette étude indique que le comportement mécanique du remblai passe de celui d'un matériau particulaire à celui d'un milieu consolidé, où chaque couche répond comme une poutre en flexion sous charges verticales. Les résultats sont comparés avec d'autres obtenus lors d'investigations précédentes, et discutés en relation avec l'effet des facteurs d'influence et de leur implication pour une analyse des chantiers remblayés.

Abstract

Evaluating the stresses in backfilled stopes constitutes a critical step for insuring underground mine safety and production. In recent years, the authors have presented methods to conduct numerical and analytical investigations to assess the stress state in backfilled stopes. The results have shown the existence of arching effects due to the stress transfer along stope walls. To date, most work applies to (sub)vertical openings and only limited studies relate to inclined stopes. In this report, the results of an extensive numerical investigation are presented. Emphasis is placed on the influence of stope geometry and backfill properties, and also on the effect of the filling sequence. Results indicate that arching effects also develop in inclined stopes. The most influential factors on the stress distribution are backfill shear strength parameters (cohesion c' and friction angle φ'), Poisson's ratio μ, and dilatation angle ψ'. Some of these not only affect the stress magnitude, but also the distribution pattern which can also be linked to the filling sequence. One of the original outcomes from this study indicates that when increasing the value of c', the mechanical behavior of backfill tends to change from that of a particulate material to that of a consolidated medium, with each layer responding somewhat like a beam to vertical loads. The results are compared to others obtained in previous investigations and discussed in relation to the effect of the influence factors and their implications for the analysis of backfilled stopes.

Mots clés

Analyse de contraintes; Effet d'arche; Minesl; Remblayage; Pression de terre; Chantier; Modélisation numérique; Stress analysis; Arching effect; Mining; Backfill; Earth pressures; Stopes; Numerical modeling.