Dynamic performance of cemented rockfill under blast-induced vibrations

• Main Author: Emad, Muhammad Zaka
• Other Authors: Hani Mitri (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2014
• Subjects: Engineering - Mining
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=121473

In this thesis, a new methodology for the design of CRF under static and dynamic loading conditions is developed. First a comprehensive literature review of the backfill material is accomplished which included a review of CRF operations and laboratory testing programs. This is followed by a review of numerical modelling studies performed on CRF. Based on the findings from literature review, two numerical models for CRF are developed using FLAC3D code. One of the models considers stopes to be inclined at about 67 degrees and the other considers vertical stopes. The numerical models are then used to study different aspects of CRF practice including the loading conditions, blast-induced vibrations from adjacent production stopes, vertical block mining method, CRF properties, CRF placement method and segregation. A case study mine CRF model is then constructed in accordance with site conditions and the geomechanical data provided by the mine. The case study mine numerical model is calibrated with in-situ stress measurements previously conducted at the case study mine. Mining and backfilling sequence is simulated with the calibrated model and the secondary stope is mined out in three lifts. In-situ blast vibration monitoring experiment in CRF is performed at the case study mine. Two geophones are installed: one inside CRF and the other on the surface of the CRF, and all three production blasts of the adjacent secondary stope are recorded. The detailed procedure, installation and results are presented in the thesis. The results are also used for numerical model calibration. To calculate damping coefficient for the model and blast load magnitude an equivalent cavity model is constructed. The equivalent cavity model is applied with reduced borehole pressure and the model is compared with charge-weight scaling law. The blast load and damping coefficients are extracted from equivalent cavity model and applied as input parameters for the CRF model. The numerical model is calibrated using blast load and damping coefficients obtained from the equivalent cavity model by computing the blast vibrations at a location similar to the one on site. The model is calibrated for all three blast lifts and results are presented. Finally, a CRF failure control study is carried out which encompasses the base case scenario of a planned stope at the case study mine, selective mining strategy for mining high grade ore, strategy of leaving an ore skin, tactically varying CRF properties vertically in CRF. In addition a parametric study is conducted to improve CRF stability by varying CRF properties and possible trends are presented. All results compare static loading versus blast loading scenario on CRF. The results include comparison of backfill stresses and profiles of peak particle velocity. Results of all analyses are presented along with the findings, conclusions, suggestions for future work and statement of contribution. === Dans cette thèse, une nouvelle méthodologie pour la conception de CRF sous des contraintes statiques et dynamiques est développée. Premièrement, un examen de la littérature existante à été accompli. Les opérations minières employant le CRF sont examinées ainsi que les programmes d'essai en laboratoire et les études de modélisation numérique effectuées pour le CRF. Basés sur l'examen de la littérature existante, deux modèles numériques pour le CRF on étés développé en utilisant FLAC3D. Le premier modèle considère un pendage de 67 degrés pour les chantiers, lorsque l'autre considère des chantiers verticaux. Ces modèles numériques sont ensuite utilisés pour l'étude de différents aspects de la pratique du CRF tels que les conditions de chargement, les vibrations de tir, les propriétés du CRF, la méthode de placement du CRF, ainsi que la ségrégation du CRF. Un modèle pour la mine de l'étude de cas est ensuite construit en tenant en compte les conditions du site ainsi que les données geo-mecaniques fournies par la mine. Le modèle pour la mine de l'étude de cas est calibré selon les mesures des contraintes in-situ effectués à la mine. La séquence d'abattage et de remblayage est ensuite simulée avec le modèle numérique calibré et les chantiers secondaires sont extraits en trois étapes. Les vibrations de tir in-situ sont mesurées à la mine de l'étude de casé. Deux géophones sont installés : un à l'intérieur du CRF et l'autre à la surface du CRF, et les trois sautages de production du chantier adjacent sont enregistrés. La procédure de l'installation et les résultats obtenus avec le géophone sont présentés dans la thèse. Les résultats sont utilises pour valider le modèle numérique. Le chargement de tir ainsi que les coefficients d'amortissement sont extraits d'un modèle de cavité en calculant les vibrations de tir à la même position que celle du site. Le modèle est validé pour les 3 étapes de l'abattage du chantier et les résultats sont présentés. Finalement, une étude sur le contrôle de stabilité du CRF est effectuée. Cette étude englobe un scenario de base d'un chantier planifié à la mine de l'étude de cas, une stratégie d'abattage sélectif du minerai de haute teneure, une stratégie ou une couche de minerai est laissée dans le chantier, et une variation verticale planifiée des propriétés du CRF. De plus, une étude paramétrique est conduite pour améliorer la stabilité du CRF en variant les propriétés du CRF. Les tendances possibles sont présentées. Tous résultats comparent le chargement statique avec le chargement dynamique sur le CRF. Les résultats incluent une comparaison des contraintes du remblai ainsi que le profile de la vitesse de crête des particules. Les résultats de toutes les analyses sont présentés avec les constatations et conclusions.