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Numerical Evaluation of Grouting Scenarios for Reducing Water Inflows from Major Faults in Underground Excavations

  • Catherine Domingue
  • Jean-Michel LemieuxEmail author
  • Martin Grenon
  • John Molson
  • René Therrien
  • Pierre-Luc Lajoie
  • Daniela Blessent
Technical Article
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Abstract

Water inflows through fracture networks are a major economic and safety issue in underground mines. Although pre-grouting of pilot holes during mine development efficiently reduces water inflows into mine excavations, current design methods remain empirical. We used a finite-element numerical model to simulate groundwater inflow into a stope with the objective of finding the best configuration to increase pre-grouting efficiency for sealing faults while decreasing the associated costs. We designed simulations to test various grout injection scenarios for two different major fault locations around the stope, based on the site characteristics of the Éléonore mine (Québec, Canada). Sensitivity analyses show that, for a fault located above the stope, grouting the zone between the fault and the stope reduces inflow more than directly grouting the fault. Also, in the case of a fault intersecting a stope, the simulations suggest that the fault itself should be grouted as widely as possible, instead of sealing only the immediate surroundings of the stope.

Keywords

Pilot holes Fracture sealing Mine seepage Groundwater Numerical modelling 

抽象

地下挖掘工程的注浆方案数值模拟以减小主要断层涌水量 裂隙水是有关地下采矿经济与安全的重要问题。虽然小型预注浆试验有效地减少了采矿涌水量,但是目前注浆设计方法仍然以经验为主。我们采用有限元数值模型模拟了采场地下水流,以寻找提高注浆效果和减小涌水量和成本的最优注浆参数。基于Éléonore矿(加拿大魁北克省)现场特征,设计了对两个主要断层包围的采场多方案注浆的模拟情景。模拟结果的敏感性分析表明,对于位于采场上方的断层,在断层与采场之间注浆比直接对断层注浆能更有效地减小涌水量。如果断层切割采场,模拟结果显示应该尽可能宽地对断层两盘注浆,而不是仅仅围绕采场围幕注浆。

Zusammenfassung

Wasserzuflüsse durch Störungssysteme sind im Untertagebergbau wesentliche wirtschaftliche und Sicherheitsprobleme. Obwohl das vorkehrende Verpressen von Pilotbohrungen während der Bergbauentwicklung Wasserzuflüsse in Bergbauhohlräume wirksam reduziert, bleiben derzeitige Entwurfsmethoden empirisch. Wir verwendeten ein numerisches finite Elemente Modell um Grundwasserzufluß in einen Abbauhohlraum zu simulieren, mit dem Zweck, die beste Konfiguration zu finden, welche die Effizienz des Vorverpressens bei der Versiegelung von Störungen erhöht und die Kosten vermindert. Wir entwarfen Simulationen zur Prüfung unterschiedlicher Injektionsszenarien für zwei verschiedene Lokationen bedeutender Störungen im Bereich des Abbauhohlraumes, basierend auf Standortcharakteristika der Mine Éléonore (Québec, Kanada). Sensitivitätsanalysen zeigen, daß im Falle einer Störung über dem Hohlraum das Verpressen der Zone zwischen beiden den Zufluß stärker reduziert als das direkte Verpressen der Störung. Wenn eine Störung den Hohlraum durchschneidet deuten die Simulationen an, daß die Störung selber so weit wie möglich verpreßt werden sollte, statt nur die unmittelbare Umgebung des Hohlraumes zu versiegeln.

Resumen

Las entradas de agua a través de las redes de fracturas son un serio problema económico y de seguridad en las minas subterráneas. Aunque la pre-lechada de los orificios piloto durante el desarrollo de la mina reduce eficientemente las entradas de agua en las excavaciones de la mina, los métodos de diseño actuales siguen siendo empíricos. Utilizamos un modelo numérico de elementos finitos para simular la entrada de agua subterránea con el objetivo de encontrar la mejor configuración para aumentar la eficiencia de la lechada previa para sellar fallas al tiempo que se reducen los costos asociados. Diseñamos simulaciones para probar varios escenarios de inyección de lechada para dos ubicaciones diferentes de fallas principales basadas en las características del sitio de la mina Éléonore (Québec, Canadá). Los análisis de sensibilidad muestran que, para una falla ubicada sobre el talud, el encalado de la zona entre la falla y la inclinación reduce la entrada más que la aplicación directa sobre la falla. Además, en el caso de una falla que se cruza con un talud, las simulaciones sugieren que la falla en sí misma debe ser encalada tan ampliamente como posible, en lugar de sellar sólo el entorno inmediato del talud.

Notes

Acknowledgements

This research was made possible by funding from both Goldcorp Éléonore mine and the Fonds de recherche du Québec—Nature et Technologies (FRQNT).

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Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  1. 1.Département de géologie et de génie géologiqueUniversité LavalQuebecCanada
  2. 2.Département de génie des mines, de la métallurgie et des matériauxUniversité LavalQuebecCanada
  3. 3.Éléonore MineGoldcorp Inc.Rouyn-NorandaCanada
  4. 4.Facultad de IngenieríaUniversidad de MedellínMedellínColombia

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