Secteur minier : approche intégrée de mesure de contraintes in situ par méthode inverse

La conception sécuritaire des excavations souterraines requises pour l’exploitation minière nécessite une bonne connaissance de l’état des contraintes naturelles du massif rocheux. À ce jour, la seule façon de connaître ces contraintes avec une justesse acceptable consiste à réaliser des mesures in situ. Or, les techniques de mesure de contraintes couramment utilisées dans les mines du Québec se heurtent à des limites importantes sur le plan de la fiabilité et de la précision, ce qui laisse toujours planer un doute sur la validité des résultats obtenus, exposant par le fait même les travailleurs miniers à des risques potentiels difficiles à évaluer à la suite d’un relâchement local des contraintes. Les techniques de mesure de contraintes les plus couramment utilisées dans les mines québécoises font appel au principe de récupération lors duquel des déformations mesurées à la paroi de sondages au diamant à la suite d’un relâchement local des contraintes, sont transformées en contraintes à l’aide de modèles de calcul plus ou moins sophistiqués. Pour toutes ces techniques, les déformations récupérées sont obtenues en faisant la différence entre une lecture initiale (avant le relâchement de contraintes) et une lecture finale lorsque les contraintes locales sont entièrement relaxées. Jusqu’à tout récemment, il en allait de même pour la technique du doorstopper modifiée, développée à Polytechnique Montréal. Les deux chercheurs principaux viennent toutefois de mettre au point une méthode novatrice basée sur l’approche du problème inverse, par laquelle l’évolution des déformations au point de mesure pendant le relâchement des contraintes est estimée par la méthode des moindres carrés, en utilisant l’ensemble de la courbe de récupération obtenue lors d’une mesure avec un appareil qu’ils ont mis au point il y a une vingtaine d’années. La méthode proposée dans ce projet change radicalement la façon dont peuvent être interprétées les mesures de contraintes, non seulement à l’aide du doorstopper modifié, mais avec l’ensemble des techniques basées sur le principe de récupération. Ce changement n’exige aucun coût supplémentaire par rapport aux approches utilisées aujourd’hui. Avec ces nouveaux outils, l’ensemble des entreprises minières québécoises a accès à des équipements et à des modèles d’interprétation parmi les plus performants au monde pour la mesure des contraintes in situ. La combinaison d’un appareillage de terrain à la fine pointe des progrès en électronique et d’un nouveau modèle d’interprétation faisant appel à l’ensemble des données obtenues lors d’une mesure, permet une amélioration considérable de la qualité des résultats obtenus, augmentant ainsi la sécurité des travailleurs miniers. Abstract Safe design of underground excavations in mining requires good knowledge of the state of natural stresses in the rock mass. So far, the only way to determine those stresses with an acceptable degree of accuracy has been to carry out in-situ measurements. Yet the stress measurement techniques commonly used in Quebec mines have significant limitations in terms of reliability and precision, which always leave doubts about the validity of the measurement results, thus exposing miners to potential risks that are hard to assess following a local release of stresses. The stress measurement techniques most commonly used in Quebec mines are an application of the recovery principle, in which strains measured on diamond drill borehole walls following local stress release are converted into stresses by means of reasonably sophisticated calculation models. For all these techniques, the recovered strains are obtained by working out the difference between an initial reading (before the stress release) and a final reading (when the local stresses have been fully released). Until very recently, the situation was the same for the modified doorstopper technique developed at Polytechnique Montréal. However, the two lead researchers have now come up with an innovative method based on the inverse problem approach, whereby the change in the strains at the measurement point during the stress release is estimated by the least squares method, using the entire recovery curve obtained when taking a measurement with a device they developed some 20 years ago. The method proposed in this study radically changes the way that stress measurements can be interpreted, not only using the modified doorstopper technique, but also with all techniques based on the recovery principle. This change does not involve any additional costs over current approaches. With these new tools, all Quebec mining companies now have access to equipment and interpretation models that are among the best in the world for the measurement of in-situ stresses. Combining cutting-edge electronic field equipment with a new interpretation model based on all available measurement data leads to a significant improvement in the quality of measurement results, thus making working conditions safer for miners.

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