Geomechanical Behaviour of Waste Rock Barricades and Cemented Paste Backfills: Experiments and Modelling

Les métaux précieux (tels que l'or et l'argent), et les métaux de base (tels que le cuivre et d'autres) sont extraits du sous-sol par excavation, en créant des vides de différentes tailles appelés (chantiers d'abattage) qui sont reliés entre eux par des galeries (de circulation et de soutirage). Dans le cas de l'exploitation par chambres-remblayées, ces vides ou chambres sont généralement remplis avec du remblai en pâte cimenté (RPC) qui est un mélange fait des rejets de concentrateur (appelés résidus), d'un agent liant (ex. ciment) et de l'eau de malaxage. Vu que le RPC est déposé à l'état liquide (mélange solide-liquide) dans les chantiers d'abattage, il est nécessaire d'utiliser un ouvrage de retenue afin de le contenir pendant le remblayage. Cet ouvrage de retenue est appelé barricade et peut être construit en bois, en béton, en briques, en béton projeté ou à partir des roches stériles disponibles sous terre et qui sont issues du développement des galeries. Les barricades construites à partir des roches stériles sont les plus courantes au Québec et au Canada car elles sont économiques, disponibles (sous terre) et favorisent le drainage de l'eau lors du remblayage; ce qui favorise la consolidation gravitaire du RPC, et donc, la réduction de la pression interstitielle. À ce jour, peu d'informations existes sur les caractéristiques réelles in situ de ces barricades (telles que leur granulométrie, leur résistance à la rupture, le mécanisme probable de leur rupture et les dimensions standards utilisées) afin d'appuyer leur conception de manière à assurer la sécurité des travailleurs et des équipements miniers; ce qui contribuerait à la diminution du cycle de minage, et par conséquent, à l'augmentation de la productivité minière. Les travaux de cette thèse se sont appuyés sur les modélisations physiques et numériques afin de mieux comprendre le comportement géomécanique complexe des barricades de roches stériles. Un modèle physique à l'échelle réduite d'un chantier d'abattage a été développé et construit à partir de plaques en plexiglass translucides, afin de simuler le remblayage dans les mines souterraines. Une méthodologie spécifique a été développée pour l'exécution des essais : instrumentation du modèle réduit à l'aide de capteurs de pression (totale et interstitielle), calibrage des capteurs, remplissage du modèle réduit avec du RPC, suivi en continu des essais avec des caméras haute définition. Les essais réalisés ont permis de mettre en évidence le principal mécanisme probable de rupture des barricades de roches stériles, ainsi que l'estimation de la pression maximale au moment de leur rupture. L'effet de la distribution de la taille des particules de roches stériles sur la stabilité et l'intégrité des barricades de roches stériles à la suite de la poussée exercée par le RPC a également été analysé. Une partie des essais réalisés sur le modèle réduit a été modélisée à l'aide du code de calculs numériques Geostudio 2018 (GeoSlope Intl.) par calibrage avec les résultats expérimentaux. Les résultats des simulations réalisées reproduisaient correctement le comportement général observé lors des essais sur le modèle réduit, avec une différence significative au niveau des valeurs des pressions. Des solutions analytiques simplifiées basées sur l'équilibre limite ont également été proposées sur la base des observations expérimentales pour l'analyse de stabilité (par rapport au glissement et au frottement) des barricades de roches stériles. Des recommandations ont été proposées afin de pousser cette étude plus loin en incluant l'effet de différents facteurs (ex. la position de la barricade dans la galerie de soutirage, la viscosité et le seuil d'écoulement du remblai ou son pourcentage de solides, les paramètres de cisaillement des barricades de roches stériles, l'effet d'arche, etc.).