Experimental validation of analytical solutions for estimating the short-term minimum required strength of side-exposed backfill in underground mines

Le remblayage est largement utilisé dans les mines souterraines afin d’assurer le soutien du terrain, d’améliorer la récupération du minerai et de réduire l’entreposage des rejets miniers en surface. La stabilité d’un remblai cimenté exposé latéralement lors de l’excavation d’un chantier adjacent constitue un enjeu majeur de conception. La solution analytique proposée par Mitchell et al. (1982) est largement utilisée pour estimer la résistance minimale requise du remblai. Toutefois, cette solution a été développée pour des conditions à court terme non consolidées et non drainées ainsi que pour des chantiers à rapport d’aspect élevé. Plusieurs solutions analytiques améliorées ont par la suite été proposées, mais leur validation expérimentale demeure limitée. Cette étude examine le comportement à court terme d’un remblai en pâte non cimenté sous des conditions de faible rapport d’aspect au moyen d’essais d’instabilité en boîte et d’essais de compression simple (UCS). Les résultats expérimentaux ont été comparés aux solutions analytiques de Mitchell et al. (1982), Li et Aubertin (2012) et Li (2014b). Le modèle original de Mitchell sous-estime généralement les résistances mesurées, tandis que les solutions améliorées présentent une meilleure concordance avec les résultats expérimentaux.

Abstract

Backfill is widely used in underground mining to provide ground support, improve ore recovery, and reduce surface disposal of mine waste. The stability of side-exposed cemented backfill during adjacent stope excavation is a critical design issue. The analytical solution proposed by Mitchell et al. (1982) has long been used to estimate the required backfill strength. However, this solution was developed for short-term undrained conditions and high-aspect-ratio stopes. Several improved analytical solutions have since been proposed, but their experimental validation remains limited. This study investigates the short-term behavior of uncemented paste backfill under low-aspect-ratio conditions using laboratory box instability tests and unconfined compressive strength (UCS) measurements. Experimental results were compared with the analytical solutions of Mitchell et al. (1982), Li and Aubertin (2012), and Li (2014b). The original Mitchell solution generally underestimated the measured strengths, whereas the improved solutions showed better agreement with the experimental results.