Numerical Modelling of Shaft Stability in Novel Vertical Cutter Mining: Frozen Backfill Effects on Stress Distribution in Arctic Kimberlite Extraction

2026

Жабық қол жеткізу Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.23919/metar.2026.000036
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

Mining kimberlite deposits in Arctic environments presents unique logistical and environmental challenges, particularly due to the reliance on cement for backfilling, which is costly to transport and environmentally damaging. As an alternative, frozen zero-cement backfill has been proposed to enhance shaft stability while reducing ecological impact. This study employs finite element modeling to evaluate the geomechanical performance of backfilling within the Vertical Cutter Mining (VCM) method, focusing on single shaft and multi shaft configurations at three spacings (6, 10, and 14 m). Comparisons between unfilled shafts (Case One) and backfilled shafts (Case Two) reveal that backfilling consistently reduces stress and strain magnitudes, with von Mises stress and volumetric strain lowered by nearly 50% relative to unfilled conditions. The stabilizing effect was most pronounced at the tightest spacing, where unfilled shafts produced stress levels up to 1.5 times higher than the single shaft baseline. Backfilling also altered failure mechanisms, shifting the depth of instability from shallow zones at −213 m in unfilled shafts to depths approaching −400 m across all spacings. These findings demonstrate that backfilling not only restrains deformation but also delays or prevents failure, enabling denser shaft layouts without compromising geomechanical safety. From an operational perspective, systematic backfilling emerges as an essential stabilizing measure, allowing Arctic kimberlite mining to balance ore recovery with excavation stability and environmental responsibility.