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Étude de la consolidation gravitaire en colonnes des remblais miniers cimentés en pâte

El Aatar, Omar (2011). Étude de la consolidation gravitaire en colonnes des remblais miniers cimentés en pâte. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Sciences appliquées, 192 p.

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Résumé

La problématique du remblayage des chantiers souterrains dans les mines abitibiennes demeure une grande préoccupation de nombreux chercheurs ces dernières décennies. Par exemple, il a été observé dans les vides remblayés que le remblai se tassait quelques jours après sa mise en place (0,9 à 1,5 m à la mine Louvicourt). En outre, la résistance mécanique du remblai cimenté en pâte (RCP) augmentait sensiblement, presque de trois fois, entre le haut et le bas du vide remblayé due à la consolidation. Des études ont montré également que la résistance mécanique du remblai prélevé in situ par carottage était supérieure de 2 à 4 fois à celle des éprouvettes du même remblai coulé dans des moules en plastique. Parmi les nombreuses causes possibles pouvant expliquer ces observations, on peut mentionner la consolidation des remblais sous leur poids propre (ou gravitaire). L'objectif principal de ce projet de recherche est donc de comprendre les phénomènes physiques qui gouvernent l'acquisition de résistance mécanique des remblais en pâte après leur mise en place. Pour ce faire, trois colonnes en PVC, de 3 m de haut chacune, ont été fabriquées et installées à l'usine de remblai de la mine Louvicourt (LVT) puis à l'usine de remblai de la mine LaRonde (LRD) pour y être remplies. Les colonnes étudiées à la mine Louvicourt permettaient de simuler différentes configurations de drainage latéral d'un vide remblayé à savoir, un drainage total le long de la hauteur de la colonne, un drainage partiel, et aucun drainage; tandis que les colonnes à la mine LaRonde permettaient de comparer les résultats de trois recettes de remblai en pâte dans le cas du drainage latéral et vertical. Avant le remplissage des colonnes, l'effet du temps de malaxage sur la valeur de l'affaissement (slump) du RCP a été évalué. Chaque colonne a ensuite été remplie avec du RCP ayant un slump similaire à celui du remblai utilisé dans les chantiers souterrains et en deux séquences de remblayage d'environ 1,45 à 1,5 m sur une durée de 24 heures. Le suivi des colonnes remblayées s'est fait pendant au moins 5 jours en mesurant la quantité d'eau drainée et le tassement observé à la surface de la colonne de remblai à intervalle régulier de 1 heure. Dans le cas des colonnes de remblai à la mine Louvicourt, des carottes de remblai ont été prélevées après 45 jours de cure pour des essais de caractérisation de leurs propriétés mécaniques, physiques et hydrogéochimiques. Dans le cas des colonnes de remblai de la mine LaRonde, l'évolution de la pression interstitielle et de la succion matricielle a été mesurée à l'aide des capteurs de pression installés le long de la hauteur des colonnes. Les résultats obtenus montrent que le maximum d'eau drainée (colonne totalement drainée) n'excède pas 15% de la quantité initiale d'eau totale du remblai, que la résistance maximale en compression uniaxiale (UCS) du remblai est atteinte avec la colonne totalement drainée (2,9 MPa après 87 jours de cure) et que le comportement d'un vide remblayé à la mine Louvicourt serait plus proche de la configuration des colonnes totalement drainée ou partiellement drainée. On note une nette distinction de la microstructure analysée au travers des essais de porosimétrie par intrusion de mercure (PIM) et de détermination de surface spécifique selon la profondeur dans les colonnes avec les plus fortes valeurs de la porosité totale et de surface spécifiques observées dans le cas du remblai totalement drainé. The challenge of underground mines backfilling in Abitibi region remains a major topic of investigation by many researchers in recent decades. For example, it has been observed in the backfilled stopes that the top of the fill settles systematically few days after its placement (by an average value varying between 0.9 and 1.5 m observed at Louvicourt mine). In addition, the strength of the cemented paste backfill (CPB) increases substantially, almost three times between the top and bottom of the backfilled stope. Some studies have also shown that the strength (unconfined compressive strength or UCS) of in situ CPB core specimens was 2 to 4 times of that of specimens of the equivalent lab-prepared CPB poured into plastic moulds. Among the many possible causes which could explain these observations, one can mention the self-weight consolidation of CPB. The main objective of this research is to understand the physical phenomena that govern the mechanical strength development within paste backfill after placement. To this end, three PVC columns, each of 3 m high, were manufactured and installed at the Louvicourt (LVT) mine and LaRonde (LRD) mine backfill plants to be in-filled. The column tests performed at the Louvicourt mine backfill plant allowed simulating different drainage configurations of a backfilled stope, namely, full drainage, partial drainage and no drainage while column tests performed at the LaRonde mine allowed comparing the response of three different paste backfill mix recipes for unique drainage condition: combined lateral and vertical drainage. Before the columns in-filling, the effect of mixing time on the slump height value of CPB was evaluated. Each column was then in-filled with CPB having a slump height similar to that of the fill used underground and in two sequences of in-filling of about 1.45 to 1.5 m over a time period of 24 hours. The monitoring of in-filled columns with CPB lasted for 5 days and consisted of measuring the amount of drainage water along with the observed settlement at the top surface of CPB column at time intervals of 1 hour. For the Louvicourt mine columns, several CPB core samples were extracted after 45 days curing time for experimental characterization of their mechanical, physical and hydro-geochemical properties. For the LaRonde mine columns, pore pressure and suction were measured using pressure sensors installed along the column height. The results obtained show that the maximum amount of drainage water (fully drained column) does not exceed 15% of the total water of the CPB, the maximum strength of CPB is reached with the fully drained column (2.9 MPa after 87 days of curing) and that the behavior of a backfilled stope at Louvicourt mine would be closer to either fully drained or partially drained column configurations. A clear distinction of the microstructure as a function of columns depth with the highest values of porosity and specifie surface areas were observed in the case of drained CPB.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Belem, Tikou
Co-directeurs de mémoire/thèse: Bussière, Bruno et Benzaazoua, Mostafa
Informations complémentaires: Programme de maîtrise offert en extension avec l'Université de Montréal, École Polytechnique. Comprend un résumé en français et un en anglais
Mots-clés libres: consolidation gravitaire colonne remblai minier
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en génie minéral
Date de dépôt: 19 févr. 2013 18:16
Dernière modification: 25 févr. 2013 18:24
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/496

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