An investigation into the mechanical properties of Gelfill

• Main Author: Fadaei Kermani, Mehrdad
• Other Authors: Faramarz P Hassani (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Engineering - Mining
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=110559

The process of filling the void created by underground mining activities with waste materials is defined as mine backfilling. Mine backfill has progressively integrated into underground mining operations to increase ore extraction, improve underground stability, and finally, to dispose of waste material. The high stresses associated with mining at depth in the Canadian Shield require innovative approaches to mine backfilling so as to permit structures to withstand the stresses both during and after mining operations. Not only are new or modified mine fill systems required, but also new techniques are needed to increase the speed of the mining cycle to optimize the mining operation. Over the last 5 years, in-depth research has been carried out to investigate the mechanical properties of gelfill and find out its advantages over cemented hydraulic backfill (CHF). Gelfill is an underdeveloped mine backfill material which uses an alkali activator such as sodium silicate in its binder. In this research the mechanical and physical properties of gelfill were studied by conducting a series of laboratory experiments such as uniaxial and triaxial compression tests, moreover, the microstructures of gelfill and CHF were analyzed by employing mercury intrusion porosimetry (MIP) and scanning electron microscopy (SEM).Tests were conducted to determine the strength evolution of cemented hydraulic backfill and gelfill prepared with various sodium silicate concentrations, and the mechanical behaviour of gelfill and cemented hydraulic backfill in various conditions was investigated and compared. These conditions were:•Sodium silicate concentration•Binder dosage•Pulp density•Mixing time•Curing temperature The results demonstrate that the rate of strength acquisition of gelfill samples containing an appropriate amount of sodium silicate is faster than that of CHF samples over a 28-day curing period. This leads to a 28-day higher mechanical strength in gelfill samples in comparison to CHF samples. The results also showed that the rate and total amount of drainage water of gelfill specimens is smaller than that of the CHF. The MIP test showed that the pore structure of CHF was altered by the addition of sodium silicate, and this alteration can contribute to better physical properties observed in gelfill specimens. The SEM pictures taken from gelfill and CHF samples revealed that the addition of sodium silicate can accelerate the formation of the hydration of binders, leading to better mechanical strength of gelfill specimens in comparison to CHF specimens.The results indicate that there is potential to improve the stability of the U/G mines and improve hydraulic fill economics. === Le processus de remplir le vide par du matériel stérile dans les activités minières souterraines est défini comme étant du remblai. Le remblai a commencé progressivement à intégrer les opérations minières souterraines pour augmenter l'extraction du minerai, pour améliorer la stabilité des souterrains et finalement pour se débarrasser du stérile. Les contraintes associées aux minages en profondeur dans le Bouclier Canadien requièrent de nouvelles approches pour le remblayage afin de supporter les contraintes pendant et après les opérations minières. Il n'est pas seulement requis d'avoir de nouveaux systèmes ou bien de les modifiés, mais aussi de nouvelles techniques pour optimiser les opérations et le cycle de la mine.Au cours des 5 dernières années, de profondes recherches ont été réalisées pour investiguer les propriétés mécaniques du remblayage par gel et de trouver ses avantages face au remblayage hydraulique cimenté. Le remblayage par gel est un matériau sous-développé du remblai qui utilise un activateur alcalin tel que du silicate de sodium dans son liant.Dans cette recherche, les propriétés mécaniques et physiques du remblai par gel ont été étudiées en effectuant une série d'expériences de laboratoires tels que des tests de compression uniaxiale et triaxiale, d'ailleurs, les microstructures du remblayage par gel et du remblayage hydraulique cimenté ont été analysées en utilisant la porosimétrie au mercure et la microscopie électronique à balayage.Les tests ont été effectués pour déterminer l'évolution de la résistance du remblai hydraulique cimenté et du remblai par gel préparé avec diverse solution de silicate de sodium, le comportement mécanique du remblai par gel et du remblai hydraulique cimenté a été comparé et étudié dans différentes conditions. Les conditions étaient les suivantes :•Concentration de silicate de sodium•Le dosage du liant•La densité de la pulpe•Le temps de mélange•La température de durcissement Les résultats démontrent que le taux d'acquisition de force des échantillons de remblai par gel contenant une quantité appropriée de silicate de sodium est plus rapide que celle des échantillons CHF sur une période de durcissement de 28 jours. Cela conduit en 28 jours à une résistance mécanique plus élevée dans les échantillons de remblai par gel en comparaison à des échantillons de CHF. Les résultats ont également montré que le taux et le montant total des eaux de drainage des spécimens de remblai par gel est plus petite que celle de CHF. Le test MIP a montré que la structure des pores de CHF a été modifiée par l'addition de silicate de sodium, cette altération peut contribuer à des meilleures propriétés physiques observées dans les échantillons de remblai par gel. Les photos MEB prises à partir d'échantillons de remblai par gel et de CHF a révélé que l'addition de silicate de sodium peut accélérer la formation de l'hydratation des liants, conduisant à une meilleure résistance mécanique des spécimens de remblai par gel en comparaison aux spécimens de CHF. Les résultats indiquent qu'il existe un potentiel pour améliorer la stabilité des mines U/G et d'améliorer l'économie hydraulique de remplissage.