Analytical solution for determining the required strength of a side-exposed mine backfill containing a plug

Backfilling is well known in the mining industry. A basic issue associated with mine backfill design is the determination of the strength of the backfill required to maintain the stability of the backfill body upon removal of a side wall when an adjacent secondary stope is excavated. This task is usually accomplished using a solution proposed by Mitchell et al. in the early 1980s. Recently, this solution has been reviewed and a modified solution has been proposed. These existing solutions, however, were developed for a uniform backfill. In practice, mine stopes are usually divided into primary and secondary stopes. Primary stopes are often backfilled in two stages: a plug pour and a final pour. In many cases, the cement content of the plug pour is higher than that of the final pour. The positive effect of the stronger plug is neglected in both the original and the modified Mitchell et al. solutions. Here, a new analytical solution is developed for estimating the required strength of a laterally exposed backfill by taking the plug into account. The proposed solution reduces to the modified Mitchell et al. solution if the plug pour and final pour have the same cement content. If the plug pour has a cement content higher than that of the final pour, the required backfill strength calculated with the proposed solution is lower than the values estimated with the modified Mitchell et al. solution; the same conclusion can be drawn to the comparison between the proposed solution and the original Mitchell et al. solution when the bond cohesion along the side walls is close to the cohesion of the backfill. Furthermore, the proposed solution indicates that an optimal cohesion ratio between the plug and final pours exists: there is no benefit in using excessively high cement content in the plug pour. It is noted that the proposed solution is valid only for high, narrow backfilled stopes, solutions for low and wide backfilled stopes are under development. Key words: mines, backfill, plug, required strength, analytical solution, Mitchell solution. Le remblayage souterrain est maintenant couramment utilise par l'industrie miniere. Une problematique de base associee a la conception du remblai minier est la determination de la resistance necessaire que le remblai doit atteindre pour maintenir la stabilite de la masse de remblai une fois qu'un mur lateral est retire, par exemple lorsqu'un chantier secondaire adjacent est excave. Cette tache est generalement accomplie a l'aide d'une solution proposee par Mitchell et al. au debut des annees 1980. Recemment, cette solution a ete revue et une solution modifiee a ete proposee. Cependant, ces solutions existantes ont ete developpees pour un remblai uniforme. En pratique, les chantiers miniers sont souvent divises en chantiers primaires et secondaires. Les chantiers primaires sont souvent remblayes en deux etapes, soit la mise en place du bouchon, et le remplissage final. Dans plusieurs cas, la teneur en ciment est plus elevee dans le bouchon que dans le remplissage final. L'effet positif du bouchon plus resistant est neglige dans la solution originale de Mitchell at al. ainsi que dans la solution modifiee. Dans cet article, une nouvelle solution analytique est developpee servant a estimer la resistance requise dans le cas oU un cote de la masse de remblai est expose, tout en considerant l'apport du bouchon. La solution proposee revient a la solution de Mitchell et al. modifiee si le bouchon et le remplissage final contiennent le meme pourcentage de ciment. Si le bouchon contient plus de ciment que le remplissage final, la resistance necessaire calculee avec la solution proposee est inferieure a la valeur estimee par la solution de Mitchell et al. modifiee. La meme conclusion peut etre tiree lors de la comparaison entre la solution proposee et la solution originale de Mitchell et al. dans le cas oU la cohesion le long des murs lateraux est pres de la cohesion du remblai. De plus, la solution proposee indique qu'un ratio de cohesion optimal entre le bouchon et le remplissage final existe; il n'y a donc pas d'avantage a utiliser des quantites excessives de ciment dans le bouchon. Il est note que la solution proposee est valide seulement pour les chantiers remblayes de forme grande et etroite; les solutions pour les chantiers remblayes petits et larges sont en developpement. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: mines, remblai minier, bouchon, resistance necessaire, solution analytique, solution de Mitchell.
Introduction Backfill composed of tailings or waste rock is commonly used to improve ground stability and to reduce ore dilution (Hassani and Archibald 1998; Li et al. 2003, 2005; Henderson [...]