RESUME

Le comportement mecanique partiellement sature du minerai de fer a ete etudie à partir d'essais de compression simple sur des eprouvettes à pression capillaire imposee par les solutions salines. Les echantillons restent peu satures (32 %) même pour une humidite relative de 94 %, du fait de la presence de mesopores. Jusqu'à 90 % d'humidite relative la resistance diminue regulièrement. De 90 % à 94 % une forte chute est observee et pourrait être liee à la fois aux effets capillaires et à l'hydratation de certains mineraux. Le cycle hydrique subit par la roche dans la mine a ete modelise en 1D à l'aide d'un code de calcul entièrement couple pour les milieux poreux partiellement satures. Les calculs ont montre notamment une diminution importante en paroi des contraintes totales au cours de la phase de desaturation et une augmentation importante au cours de la phase de resaturation. Ces variations pourraient induire un endommagement du massif et être à l'origine d'instabilites, et soulignent l'interêt d'une modelisation avec une geometrie plus adaptee.

ABSTRACT

The partially saturated mechanical behavior of iron ore has been studied from uniaxial compression tests on samples in which the suction is imposed with aqueous solutions. Samples are little saturated (32 %) even for a 94 % relative humidity because pores are too large. Up to 90 % relative humidity the strength decreases regularly. From 90 % to 94 % a great decrease is observed; it could be explained by the capillary effects and the moisturizing of some minerals. The hydrous cycle imposed to the rocks in the mine has been modeled with an 1D fully coupled code for partially saturated porous media. The computations have shown an important decrease in the total stresses at the wall during the desaturation stage and an important increase during the resaturation stage. These variations could induce a rock mass damage and instabilities, and highlight the necessity of a modeling with a well-adapted geometry.

ZUSAMMENFASSUNG

Das mechanische Verhalten von teilweise gesattigten Eisenerz wird durch einachsige Druckversuche untergesucht. Die Pruefkörper haben einen durch Salzlösungen gestimmten kapillarischen Druck. Sie bleiben kaum gesattigt (32 %), sogar bei einer relativen Feuchtigkeit von 94 %, aufgrund der Anwesenheit von Mesoporen. Bis eine relative Feuchtigkeit von 90 % verringert sich gleichmassig die Druckfestigkeit und zwischen 90 % und 94 % merkt man eine starke Abnahme in Verbindung, möglicherweise, mit kapillarischen Effekten und Hydratation von bestimmten Mineralen. Die nuemerische 1D Modellisierung des gezwungenen Wasserzyklus im Stein der Mine ist mit einem fuer porösen Medien ganz vernetzten Rechnungcode gefuehrt. Sie zeigt besonders ein bedeutendes Sinken der Gesamtspannung wahrend der Entwasserung und eine bedeutende Steigerung wahrend der Sattigung. Diese Veranderungen könnten die Beschadigung des Gesteines herbeifuehren und die Grundlage von Unstabilitat sein. Sie unterstreichen die Wichtigkeit eine Modellisierung mit einer gut geeigneten Geometrie.

Introduction

A partial extraction method for iron ore, known as room and pillar method, was used in Lorraine (France) under sensitive zones with houses and surface infrastructures, from the beginning of the century until 1980. Some of these safety pillars have been abandoned for one hundred years. In these areas of partial extraction, collapse phenomena have occurred several times, usually owing to the collapse of abandoned pillars. Then, an important research program entitled GISOS (research Group for the Impact and Safety of Underground Works) was set up in order to explain mechanisms involved in the mine collapses.

Some of these collapses have occurred during the phreatic rise induced by the stoppage of mine drainage pumps, because of the end of mining. Hence, the mining rocks are exposed to various hydrous conditions: desaturation during the mining (the water-table is lowered and rooms are ventilated) and re-saturation (phreatic rise) at the end. The focus of this paper is to highlight the impact of these hydrous transfers in iron ore pillars on the mechanical behaviour. So, we present the results of laboratory tests on partially saturated samples of iron ore, as well as the results of numerical simulations of the transient stages.

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