Vers une conception de barricades plus sécuritaire dans les mines : étude de l'interaction entre le remblai et les structures encaissantes

L'industrie minière est un secteur qui contribue grandement à l’activité économique du Québec. Aujourd’hui, le secteur minier est plus sécuritaire, mais le taux d’accidents mortels reste encore le plus élevé parmi les travailleurs rémunérés au Québec. Le remblayage souterrain est couramment utilisé dans l'industrie minière pour améliorer les conditions de terrain, et ainsi assurer un espace de travail plus sécuritaire aux travailleurs œuvrant sous terre. Néanmoins, l'application de cette technique requiert la construction de barricades dans les galeries d'entrée aux points de soutirage pour retenir les remblais en place. Or, des cas de rupture de barricades récents indiquent que celles-ci peuvent présenter un danger pour la santé et la sécurité de l’ensemble des travailleurs miniers utilisant le remblayage souterrain. Comme toutes les autres structures de construction, la stabilité d’une barricade pour retenir un remblai dans un chantier dépend de sa capacité et de la demande. La capacité varie selon les matériaux utilisés, la géométrie (forme et dimensions) de la barricade et la méthode de construction. La demande se traduit essentiellement par la pression exercée sur la barricade par le remblai. Une défaillance d’un de ces facteurs, que ce soit à l’égard de la conception ou de la construction d’une barricade, peut constituer un danger important pour la santé et la sécurité des travailleurs œuvrant sous terre. Dans le but ultime de fournir à l'industrie minière un outil de conception de barricades plus fiable et plus économique, le projet consiste à approfondir l’état des connaissances sur l'interaction entre le remblai et les structures encaissantes, incluant notamment les parois rocheuses et les barricades. La majeure partie du projet porte sur les analyses théoriques et numériques permettant l'estimation des pressions et des contraintes dans les chantiers remblayés et sur les barricades installées dans la galerie d’accès à la mine. Cela a conduit au développement de nouvelles solutions analytiques et numériques pour mieux estimer les pressions et les contraintes dans les chantiers et sur les barricades. Une autre partie du projet consiste en des analyses théoriques et numériques sur le dimensionnement des barricades constituées de roches stériles. Au Canada, et surtout au Québec, l’utilisation des roches stériles dans la construction des barricades, pour retenir les remblais dans les chantiers, est devenue de plus en plus usuelle. Ce mode de construction est simple, rapide et peu coûteux, mais peu de solutions existent pour les concevoir. Entre 2009 et 2012, la présente équipe de recherche a proposé une solution analytique pour le dimensionnement des barricades faites de roches stériles. La réalisation du présent projet a permis de constater les limites de cette solution. Une amélioration importante a été réalisée en considérant une géométrie plus représentative et des stabilités globale et locale à l’interne d’une barricade construite en roches stériles. La conception des barricades fondée sur cette solution améliorée devrait permettre un dimensionnement de barricades faites de roches stériles plus fiable et plus économique. Pour éviter des pressions excessivement élevées exercées par un remblai sur la barricade dans un chantier, une pratique courante dans les mines consiste à diviser le remblayage d’un chantier en deux phases : le remblayage d’un bouchon et le remblayage résiduel. Or, une interruption indésirable du remblayage entre les deux phases est souvent imposée. Dans ce rapport, il est illustré que le remblayage continu d’un chantier est possible à l’aide de l’utilisation de géodrains dans le chantier remblayé et à travers les barricades. Abstract The mining industry is a major contributor to the Quebec economy. Today, mining is safer than it used to be, but it still has a higher fatality rate than any other industry in Quebec. Underground backfilling is a common practice in mining as a ground support measure to provide safer conditions for those who work underground. Yet backfilling requires the construction of barricades in access drifts near draw points to hold the fill in place. As recent events show, barricade failure is a hazard to the health and safety of all workers in mines where underground backfilling is practised. As for all built structures, the stability of a barricade to hold fill in a stope depends on the barricade’s capacity and the load on it. Capacity varies with the materials used, the geometry (form and dimensions) of the barricade and the method of construction. The load refers essentially to the pressure exerted on the barricade by the fill. A failure with respect to any of these factors, whether in the design or building of the barricade, can represent a major hazard to the health and safety of the people working underground. With the ultimate goal of providing the mining industry with a more reliable, more economical barricade design tool, the purpose of this research project was to learn more about the interaction between backfill and containment structures, including rock faces and barricades. Most of the project focused on theoretical and digital analyses for estimating pressure and stress in backfilled stopes and on barricades built in access drifts. That led to the development of new analytical and digital solutions for estimating pressure and stress in stopes and on barricades. Another part of the project consisted in theoretical and digital analyses of the sizing of barricades made of waste rock. In Canada, and especially in Quebec, it has become increasingly common to use waste rock for building barricades to hold backfill in stopes. This method of construction is simple, quick and cost-effective, but there are not many options for barricade design. Between 2009 and 2012, this research team proposed an analytical solution for the sizing of waste rock barricades. The results of the project revealed the limitations of this solution. A significant improvement was achieved by incorporating more representative geometry, as well as overall and local stability within a waste rock barricade. With this improved solution for barricade design, it should be possible to size waste rock barricades more reliably and more economically. One common practice in mines to prevent excessive pressure from fill building up against a barricade in a stope is to divide the backfilling operation into two phases: first backfill a cut and then do residual backfilling. But an unwanted interruption in the backfilling between the two phases is often necessary. This report shows that continuous backfilling of a stope is possible using geodrains in the stope and across barricades.

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